Mutations in respiratory complex I promote antibiotic persistence through alterations in intracellular acidity and protein synthesis

细胞内 持久性(不连续性) 生物 抗生素 呼吸系统 微生物学 突变 化学 遗传学 基因 解剖 工程类 岩土工程
作者
Bram Van den Bergh,Hannah Schramke,Joran Michiels,Tom E. P. Kimkes,Jakub L. Radzikowski,Johannes Schimpf,Silke R. Vedelaar,Sabrina Burschel,Liselot Dewachter,Nikola Lončar,Alexander Schmidt,Tim Meijer,Maarten Fauvart,Thorsten Friedrich,Jan Michiels,Matthias Heinemann
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28141-x
摘要

Antibiotic persistence describes the presence of phenotypic variants within an isogenic bacterial population that are transiently tolerant to antibiotic treatment. Perturbations of metabolic homeostasis can promote antibiotic persistence, but the precise mechanisms are not well understood. Here, we use laboratory evolution, population-wide sequencing and biochemical characterizations to identify mutations in respiratory complex I and discover how they promote persistence in Escherichia coli. We show that persistence-inducing perturbations of metabolic homeostasis are associated with cytoplasmic acidification. Such cytoplasmic acidification is further strengthened by compromised proton pumping in the complex I mutants. While RpoS regulon activation induces persistence in the wild type, the aggravated cytoplasmic acidification in the complex I mutants leads to increased persistence via global shutdown of protein synthesis. Thus, we propose that cytoplasmic acidification, amplified by a compromised complex I, can act as a signaling hub for perturbed metabolic homeostasis in antibiotic persisters.
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