Search

https://www.ester.ee/record=b5296841*est

https://www.ester.ee/record=b5376303*est

http://www.ester.ee/record=b4338450~S1*est

Kromosomaalseid toksiin-antitoksiin süsteeme ja profaage peetakse bakteri faagikaitsemehhanismideks. Profaagid kaitsevad bakterit endasarnaste faagide eest, kuid toksiin-antitoksiin süsteemide roll faagiresistentsuses pole veel selge. Sellest lähtuvalt oli käesoleva töö eesmärgiks välja selgitada, kas kromosomaalsetel toksiin-antitoksiin süsteemidel ja profaagidel on mõju Pseudomonas putida faagiresistentsusele. Tulemused näitasid: (1) profaagid suurendavad P. putida faagiresistentsust Vända F1, Vända F2, Erra S1 ja Erra M1 faagidega nakatamisel; (2) P. putida kromosomaalsed toksiin-antitoksiin süsteemid pole faaginakkuse korral kasulikud, vaid pigem kulukad (Erra M1) või ei avalda faaginakkuse korral mingit mõju (Vända F1, Vända F2, Erra S1, Erra jõgi, Emajõgi).

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Baktereid võib leida peaaegu kõikjalt. Osad neist on kohastunud elama mullas, teised jällegi veekeskkonnas, taimede pinnal, nahal või elusorganismide sees. Vabas looduses elavate bakerite elutingimused on tihti muutuvad. Näiteks temperatuur võib muutuda tundidega, toitaineid võib mõnel päeval olla külluses, teisel jällegi peaaegu üldse mitte või muutub ümbritseva keskkonna pH bakterite enda elutegevuse tõttu. Selleks, et aru saada, millised on täpselt tingimused nende ümber, kasutavad bakterid kahest valgust koosnevaid signaaliradu. Üks valkudest, sensorvalk, paikneb enamasti bakteri pinnal ning tunnetab teatud tingimuse või signaali olemasolu. Vastusena signaali äratundmisele aktiveerib sensorvalk teise valgu, regulaatorvalgu. Regulaator asub bakteri sees ning aktiveerituna kutsub esile muutused bakteri füsioloogias muutes näiteks geenide avaldumist. Käesolevas töös uuriti ühte taime- ja mullabakterites leiduvat kahekomponentset süsteemi – ColRS süsteemi, mis on oma nime saanud sellest, et ta aitab bakteril taimejuuri koloniseerida. Me leidsime, et mullabakteris Pseudomonas putida reageerib ColRS süsteem tsingi, raua, mangaani ja kaadmiumi liiale väliskeskkonnas. Kuigi tsink, raud ja mangaan on bakterile vajalikud metallid on nende liigne kogus kahjulik, sest metalliioonid võivad kahjustada bakteri membraani, valke või ka DNA-d. ColRS süsteemi puudumisel on P. putida oluliselt tundlikum tsingi ja raua liiale ja veidi tundlikum mangaani liiale. Seetõttu arvame, et ColRS süsteemi ülesandeks on tunnetada eelkõige tsingi ja raua liia olemasolu. Varasemad uuringud osundasid, et ColRS süsteem on P. putida-le vajalik membraani terviklikkuse säilimiseks. Ka antud töö tulemused viitavad, et ColRS süsteemi olulisus tsingiliias peitub membraanikahjustuste ärahoidmises. ColRS süsteemi aktivatsioon kutsub P. putida-s esile vastuse, mis tagab membraani terve püsimise ning seeläbi takistab tsingi- ja rauaioonide sisenemist bakterirakku, Bacteria can be found almost everywhere. Some of them are adapted to life in soil, while others feel themselves at home in water, on plants, inside the gut or on the skin. In nature, the conditions around bacteria are constantly changing. For example, the temperature can change within hours, the nutrients can be sufficient in one day and deprived in other and the pH in the environment can be shifted due to the byproducts of the bacteria themselves. To determine the conditions around them, bacteria use signaling systems consisting of two proteins. The first protein, histidine kinase, is usually located at the surface of the bacterium and detects the presence of a certain signal or condition. In response to detecting the signal, the histidine kinase activates another protein, the response regulator. Response regulator is inside the bacterium and in an active state changes the physiology of the bacterium by altering, for example, gene expression. The focus of this thesis was one two-component system that can be found in soil and plant bacteria – the ColRS system, named after being necessary for colonizing plant roots. We found that for soil bacterium Pseudomonas putida this system detects the presence of excess amount of zinc, iron, manganese and cadmium in the extracellular environment. Although, zinc, iron and manganese are necessary for bacteria, their excess is harmful. Metal ions can damage the membrane of the bacterium, its proteins and also its DNA. If the ColRS system is absent in P. putida, it is sensitive to zinc and iron and has a slightly decreased tolerance for manganese. Therefore, we propose that the main role of the ColRS system is to sense the excess of zinc and iron. Previous studies with the ColRS system have indicated that the system is required for maintaining membrane integrity. The results of this thesis also suggest that the importance of ColRS system in zinc excess lies in preventing membrane damage. The activation of the ColRS system induces a response that helps to maintain membrane integrity and thereby prevents the metal ions from entering the cell., https://www.ester.ee/record=b5358861

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Looduses peavad bakterid olema võimelised toime tulema keskkonnatingimuste muutumisega üpris laiades piirides. Selles on bakteritele abiks paljud raku elutegevust ja kasvu kontrollivad süsteemid. Eriti omapärasteks bakteri kasvu regulaatoriteks arvatakse olevat toksiin-antitoksiin (TA) süsteemid. Enamasti koosnevad need kahest väikesest valgust: toksiin on võimeline inhibeerima bakteri elutähtsaid protsesse, kuid tavatingimustel takistab seda temaga seondunud antitoksiin. Selleks, et mõista konkreetse TA süsteemi olulisust ja mõju bakterile, on vaja kirjeldada nii toksiini otsest sihtmärki rakus kui ka bakteri füsioloogilist vastust toksiini toimele. Selle töö eesmärgiks oli tuvastada mullabakteri Pseudomonas putida ühe TA toksiini, GraT, sihtmärk rakus ning kirjeldada toksiini mõju raku elutegevusele. GraT on omapärane toksiin, kuna selle efekt on temperatuuritundlik ning süveneb külmas. Töö tuvastas, et GraT lagundab transleeritavaid mRNA-sid. GraT struktuuri analüüs viitab, et toksiinidele ebatüüpiliselt on valgu esimene viiendik paindlik ja ilma kindla struktuurita. Samuti tuvastati, et GraT toksilisust võimendab teiste valkude voltumist abistav šaperonvalk DnaK, mis võib olla seotud GraT paindliku regiooni voltumisega. GraT füsioloogilisi efekte jälgiti mudelsüsteemis, kus toksiini toodetakse looduslikust genoomsest lookusest, millest puudub antitoksiin. Võrreldes tihti rakendatavate toksiini kunstliku ületootmise süsteemidega, on kasutatud mudel paremaks lähenduseks toksiini loomulikule aktivatsioonile. GraT mõjul täheldati kahetist efekti bakteri stressitaluvusele: mõningate stressiallikate puhul see suureneb, kuid teiste puhul väheneb. Lisaks häirib GraT ribosoomide biogeneesi, mida pole sarnaste toksiinide kohta varem kirjeldatud. GraT mõju all kasvavate rakkude valgulise koostise analüüs näitas, et bakter üritab GraT toksilisust leevendada, suurendades ribosoomide biosünteesi abivalkude hulka ja vähendades süsinikumetabolismi intensiivsust. Kuigi GraT roll P. putida elus ei ole endiselt selge, kirjeldati GraT puhul mitmeid TA toksiinidele ebaharilikke omadusi, mis täiendavad meie arusaamu nende ebatavaliste regulaatorite mitmekesisusest., Free-living bacteria must cope with very different environmental conditions. This is enabled by many systems that control their growth and metabolism. Toxin-antitoxin (TA) systems are thought to be a peculiar example of such regulators. These usually consist of two small proteins: the toxin blocks vital cellular processes but is normally inhibited by antitoxin binding. To understand the importance of a TA system in bacterial life, it is necessary to pinpoint the toxin’s molecular target and to also describe the physiological response to the toxicity. This thesis aimed to identify the target of GraT, a TA toxin in the soil bacterium Pseudomonas putida, and to study the toxin’s effect on bacterial physiology. GraT is an intriguing toxin, as its effect is more pronounced at lower growth temperatures. This work identified that GraT degrades translated mRNAs. Structural analysis of GraT suggests that, atypically for TA toxins, the first one fifth of the protein is disordered. Additionally, it was seen that the chaperone DnaK enhances GraT toxicity, which may be linked to folding the GraT disordered region. The physiological effects of GraT were studied in a model where the toxin is produced from its native locus that lacks the antitoxin gene. Compared to the common systems of artificial toxin overexpression, the applied model is a better estimation of natural toxin activation. GraT was found to have a dual effect on P. putida stress tolerance: the bacterium is more sensitive to some stressors while more resilient against others. Additionally, GraT inhibits ribosome biogenesis, which has not been described before for similar toxins. Analysing the protein composition of cells growing under GraT stress showed that bacteria work to alleviate GraT toxicity by upregulating ribosome assembly factors and downregulating carbon metabolism. Even though the role of GraT in P. putida biology is still uncertain, the thesis described several GraT features unusual for TA toxins and thus enriched our knowledge of TA systems’ diversity

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Elu on stressirohke, eriti üheraksetel organismidel nagu bakterid. Sageli tundub, et parim viis stressiga toimetulekuks on rahulikult oodata tingimuste paranemist. Selline käitumismall on kasutust leidnud ka mikroobide maailmas. Bakteritel on palju erinevaid kasvu reguleerimise võimalusi, mille hulka on viimasel ajal arvatud ka toksiin-antitoksiin (TA) süsteemid. TA-süsteemid koosnevad kahest komponendist: rakule eluliselt olulisi protsesse või rakukesta kahjustavast toksiinist ja teda neutraliseerivast antitoksiinist. Selliste geenide olemasolu bakterite genoomis on esmapilgul mõistatuslik, sest miks peaks bakter tootma iseendale toksilist valku? Hiljutised uuringud mikroobide mudelorganismis Escherichia coli on näidanud, et toksiinid põhjustavad bakterite üleminekut uinuvasse olekusse, mida iseloomustab bakterite ainevahetuse aeglustumine ja peatunud kasv. Sellised mikroobid tekitavad suuri probleeme meditsiinis, kuna on väga paljude stressiolukordade, kaasa arvatud paljude antibiootikumide toime suhtes tundetumad ja võimelised üle elama tingimusi, mis kiirelt kasvavaid baktereid tapaks. Kui mudelorganismis E. coli on TA süsteemide osalus bakteri stressitaluvuses hästi kirjeldatud, siis teistes bakteriliikides ei ole neid potentsiaalselt toksilisi süsteeme nii süstemaatiliselt uuritud. Seetõttu ei ole ka selge, kas erinevates bakterites toimivad TA süsteemid erinevalt või mingi üldise mehhanismi alusel. Käesolev töö kirjeldab keskkonnabakteri Pseudomonas putida kasvukiirust mõjutavat GraTA süsteemi. Tavaliselt takistab antitoksiin GraA väga efektiivselt toksiini GraT aktiivsust, kuid antitoksiinist vabanenult suudab toksiin mõjutada selle bakteri stressitaluvust. Toksiini mõju on kahetine, sest olenevalt stressi tüübist võib toksiin nii suurendada kui ka vähendada bakteri stressitaluvust. Seetõttu on bakterile väga oluline, et potentsiaalselt kahjulik TA süsteem aktiveeruks vaid kindlatel stressitingimustel., Life is full of stress, especially for small unicellular organisms like bacteria. For bacteria, just like for us, the best option to survive harsh conditions is sometimes to just lie still and wait for things to get better. Bacteria have many mechanisms to regulate growth, among them also the intriguing toxin-antitoxin (TA) systems. These systems consist of two components: a toxic protein that can harm the vital functions or compartments of a cell, and an antitoxin that can inhibit the toxin’s action. The presence of the TA systems in bacterial chromosomes is puzzling at first sight: why should a bacterium waste energy and resources to produce a toxin against itself? Recent research in the model organism Escherichia coli has shown that the toxic proteins cause a dormant, hibernation-like state, which is characterized by reduced metabolism and ceased growth. These bacteria cause great medical concerns as they are highly persistent to different stresses, including antibiotics, and survive conditions that would kill rapidly growing bacteria. After the stress has passed, the antitoxins inactivate the toxins and bacteria can resume growth. So, TA systems contribute to stress survival of bacteria, at least of E. coli. The contribution of TA systems to stress tolerance has been studied less systematically in other bacteria and no universal mechanism for the TA-mediated stress management has emerged so far. The current work describes a growth-rate-affecting TA system GraTA in the environmental bacterium Pseudomonas putida and shows that the toxin is kept under strict regulation by the antitoxin. Yet, when toxin is freed from the antitoxin, it inhibits the protein production in a cold-sensitive manner. The GraT toxin plays a controversial role in stress tolerance as it can both increase and decrease the tolerance to certain chemicals. This vividly highlights both the benefits and costs that the TA systems can have for bacteria.

Ligipääs piiratud kuni 27.05.2016, 2016-05-27