Characterization and membrane-biogenesis of Streptococcus mutans magnesium transporters

变形链球菌镁转运蛋白的表征和膜生物发生

基本信息

  • 批准号:
    10544751
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Dental caries is a ubiquitous infectious disease that impacts the quality of life of billions of people worldwide. According to the Surgeon General (2020), ~USD 125 billion dollars are spent annually on related treatments in the USA alone. A major causative agent of dental caries is Streptococcus mutans, which is also associated with infectious endocarditis. The native environment of S. mutans is rich in metal cations including Ca2+, K+, and Mg2+. In fact, Mg2+ is the most abundant divalent metal cation in bacteria and fourth most abundant in vertebrates including humans. Of the total Mg2+ content in the human body, 60‐70% is found in bones and teeth. Therefore, the oral bacterium, S. mutans, is constantly exposed to Mg2+ salts. Magnesium is an important component of toothpastes and dental implants. Despite its abundance and its requirement to support bacterial growth and virulence , Mg2+ homeostasis has not yet been studied in S. mutans, or other oral streptococci. A few isolated studies discussed the significance of supplemental Mg2+ salts for S. mutans biofilm formation and genetic competence, but Mg2 transport is not understood. We will address Mg2+ homeostasis from a novel perspective, where we will not only characterize the transporters, but also study their insertion into the membrane. Membrane localization/insertion is a key requisite for the proper functioning of all membrane proteins. Deletion of putative transporters singly and in combination, followed by measurement of cellular metal content will establish identity of Mg2+ transporters. Compensatory uptake/efflux by other divalent metal cation transporters have been recognized to interfere with Mg2+ homeostasis in other bacteria. Therefore, Mn2+ and Fe2+ transporters are also included in this study. Mutants defective in putative Mg2+ transporter(s) will be evaluated at the level of transcription, cellular metal content, and insertion into membrane. Next, we will use a forward genetic screen to identify gain of function/suppressor mutations in Mg2+‐replete/deplete conditions using mutants defective in Mg2+ transporters, or in mutants lacking membrane biogenesis machinery components that impact Mg2+ homeostasis. We appreciate the significance of proper localization of transporters to their activity; therefore, we will apply the experience/tools/skills of our lab to study that aspect of magnesium homeostasis in S. mutans. Characterization of insertion pathways will involve construction and characterization of combinatorial mutants of membrane biogenesis components with Mg2+ transporters, and phenotypic analysis following that used for characterization of the transport mutants. Molecular cloning, reverse and forward genetics, bioinformatics, and biochemical approaches will be utilized to address the aims of this proposal. Ultimately a better understanding of Mg2+ homeostasis in S. mutans is expected to guide future development of novel anti‐caries strategies.
项目概要 龋齿是一种普遍存在的传染病,影响着数十亿人的生活质量 根据外科医生 (Surgeon General)(2020 年)的统计,全球每年花费约 1,250 亿美元。 仅在美国就有相关治疗方法,龋齿的主要致病菌是变形链球菌, 这也与感染性心内膜炎有关。变形链球菌的原生环境富含。 金属阳离子包括Ca2+、K+和Mg2+ 事实上,Mg2+是最丰富的二价金属阳离子。 细菌中的 Mg2+ 含量在包括人类在内的脊椎动物中排名第四。 人体中,60-70%存在于骨骼和牙齿中,因此,口腔细菌——变形链球菌。 经常接触 Mg2+ 盐,镁是牙膏和牙科的重要成分。 尽管 Mg2+ 含量丰富并且需要支持细菌生长和毒力,但 Mg2+ 尚未对变形链球菌或其他口腔链球菌的稳态进行研究。 讨论了补充 Mg2+ 盐对于变形链球菌生物膜形成和遗传的重要性 能力,但 Mg2+ 运输尚不清楚,我们将从小说中解决 Mg2+ 稳态问题。 我们不仅要描述转运蛋白的特征,还要研究它们插入到 膜的定位/插入是所有功能正常发挥作用的关键必要条件。 单独或组合删除假定的转运蛋白,然后删除。 细胞金属含量的测量将确定 Mg2+ 补偿转运蛋白的身份。 其他二价金属阳离子转运蛋白的吸收/流出已被认为会干扰 Mg2+ 因此,Mn2+ 和 Fe2+ 转运蛋白也包括在本研究中。 假定的 Mg2+ 转运蛋白缺陷的突变体将在转录水平进行评估, 接下来,我们将使用正向遗传筛选来确定细胞金属含量和插入膜。 使用突变体识别 Mg2+ 充足/耗尽条件下的功能增益/抑制突变 Mg2+转运蛋白有缺陷,或缺乏膜生物发生机制组件的突变体 我们认识到转运蛋白的正确定位对镁离子稳态的重要性。 他们的活动;因此,我们将运用我们实验室的经验/工具/技能来研究这方面的问题 变形链球菌中的镁稳态将涉及插入途径的表征。 膜生物发生成分组合突变体的构建和表征 与 Mg2+ 转运蛋白,以及用于表征的表型分析 分子克隆、反向和正向遗传学、生物信息学和生物化学。 最终将利用各种方法来实现该提案的目标。 变形链球菌中的 Mg2+ 稳态有望指导新型抗龋齿策略的未来发展。

项目成果

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