Temperature-regulated heterogeneous extracellular matrix gene expression defines biofilm morphology in Clostridium perfringens

生物膜 微生物学 产气荚膜梭菌 人口 生物 基因表达 操纵子 细胞生物学 突变体 基因 化学 胞外聚合物 细菌 生物化学 遗传学 社会学 人口学
作者
Nozomu Obana,Kouji Nakamura,Nobuhiko Nomura
出处
期刊:npj biofilms and microbiomes [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41522-020-00139-7
摘要

Abstract Cells in biofilms dynamically adapt to surrounding environmental conditions, which alters biofilm architecture. The obligate anaerobic pathogen Clostridium perfringens shows different biofilm structures in different temperatures. Here we find that the temperature-regulated production of extracellular polymeric substance (EPS) is necessary for morphological changes in biofilms. We identify BsaA proteins as an EPS matrix necessary for pellicle biofilm formation at lower temperature and find that extracellularly secreted BsaA protein forms filamentous polymers. We show that sipW-bsaA operon expression is bimodal, and the EPS-producing population size is increased at a lower temperature. This heterogeneous expression of the EPS gene requires a two-component system. We find that EPS-producing cells cover EPS-nonproducing cells attaching to the bottom surface. In the deletion mutant of pilA2 , encoding a type IV pilin, the EPS gene expression is ON in the whole population. This heterogeneity is further regulated by the cleavage of the pilA2 mRNA by RNase Y, causing temperature-responsive EPS expression in biofilms. As temperature is an environmental cue, C. perfringens may modulate EPS expression to induce morphological changes in biofilm structure as a strategy for adapting to interhost and external environments.
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