Molecular mechanisms of adaptive diversity in Burkholderia biofilms
伯克霍尔德杆菌生物膜适应性多样性的分子机制
基本信息
- 批准号:9258441
- 负责人:
- 金额:$ 26.86万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-01-01 至 2019-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AdhesionsAdverse effectsAffectArchivesBacteriaBindingBiochemistryBiologyBiophysicsBurkholderiaChronicCommunitiesComplexCystic FibrosisDevelopmentDiffuseEnvironmentEvolutionFoundationsGenerationsGeneticGoalsGrowthGuanosine MonophosphateHereditary DiseaseIn VitroInfectionLearningLifeLife StyleMass Spectrum AnalysisMetabolismMethodsMicrobial BiofilmsModelingMolecularMolecular GeneticsMutateMutationPeriodicityPersonsPhenotypePhysiologicalPhysiologyPopulationPopulation GeneticsPredispositionProcessProductionProductivityProteinsPseudomonas aeruginosaRegulationResistanceSecond Messenger SystemsSignal TransductionStructureSurfaceSystemTertiary Protein StructureTestingTimeTreatment CostVariantantimicrobialbacterial resistanceburden of illnesscostdiguanylate cyclaseexperimental studyfitnessin vitro Modelin vivomortalitymultidisciplinarymutantnovelpathogenphosphoric diester hydrolasepublic health relevancereconstructionscreeningstructural biologytraittranscriptome sequencing
项目摘要
DESCRIPTION (provided by applicant): Biofilms are associated with hundreds of thousands of infections each year and greatly increase treatment costs and mortality. These adverse effects are caused not only by increased resistance of bacteria living in the biofilm matrix but likely also by adaptive evolution of mutants into different, recalcitrant forms. To study this evolutionary process in biofilms we devised a method enabling long-term selection of populations of the opportunistic pathogen Burkholderia cenocepacia that undergo a cycle of attachment, biofilm assembly, and dispersal. Selection repeatedly favored mutations in loci commonly mutated during chronic infections, suggesting that biofilm adaptation recapitulates aspects of evolution during infections. This proposal focuses on two genetic loci that coordinate the sensing of a secreted signal (BDSF) with internal regulation of a switch governing biofilm production (cyclic-di-GMP). Mutations in different protein domains led to different ecological strategies and together different mutants produced a more robust biofilm. The overarching goal of this project is to precisely define the selective advantages of mutants with different strategie of signaling, adhesion, and dispersal in diverse biofilm environments. To tackle this complex problem we have assembled a multidisciplinary team with expertise in molecular genetics and evolutionary biology, biochemistry and mass spectrometry, and biophysical structure-function analysis. Our objectives are to 1) quantify how mutants that vary in sensing BDSF and producing cyclic-di-GMP are adaptive in biofilm communities, 2) determine how BDSF mechanistically controls the activity of the primary locus under selection, and the effects of adaptive mutations on this process, and 3) to develop an ecological model of how these processes operate in mixed-mutant and mixed-species communities. We expect to learn how this system may be manipulated to induce dispersal from biofilms and increase their susceptibility, which could be broadly relevant for developing novel antimicrobials.
描述(由申请人提供):生物膜每年与数十万例感染相关,并大大增加治疗成本和死亡率。这些不利影响不仅是由生活在生物膜基质中的细菌抵抗力增加引起的,而且可能是由突变体适应性进化成不同的顽固形式引起的。为了研究生物膜中的这种进化过程,我们设计了一种方法,能够长期选择经历附着、生物膜组装和扩散循环的机会性病原体新洋葱伯克霍尔德菌种群。选择反复有利于慢性感染期间常见突变的基因座的突变,这表明生物膜适应概括了感染期间进化的各个方面。该提案重点关注两个基因位点,它们协调分泌信号(BDSF)的传感与控制生物膜产生的开关(环二-GMP)的内部调节。不同蛋白质结构域的突变导致不同的生态策略,不同的突变体共同产生了更强大的生物膜。该项目的总体目标是精确定义在不同生物膜环境中具有不同信号、粘附和分散策略的突变体的选择优势。为了解决这个复杂的问题,我们组建了一个多学科团队,拥有分子遗传学和进化生物学、生物化学和质谱以及生物物理结构功能分析方面的专业知识。我们的目标是 1) 量化在感知 BDSF 和产生环二 GMP 方面不同的突变体如何在生物膜群落中适应,2) 确定 BDSF 如何机械地控制选择下的主要基因座的活性,以及适应性突变对生物膜群落的影响。这个过程,以及3)开发一个生态模型来解释这些过程如何在混合突变体和混合物种群落中运作。我们希望了解如何操纵该系统来诱导生物膜分散并增加其敏感性,这可能与开发新型抗菌药物广泛相关。
项目成果
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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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