Antimicrobial peptide sublancin - mechanism of its function and resistance

Abstract

Sublancin is a highly stable 37 amino-acid antimicrobial peptide synthesised by the Gram- positive soil bacterium Bacillus subtilis. Sublancin is bactericidal against many Gram-positive bacteria, including clinically significant pathogens of the Streptococcus and Staphylococcus genera. This makes sublancin a potential candidate for clinical applications. However, despite decades of research, the mechanism of action of this antimicrobial peptide has not yet been elucidated. Previous results from whole-genome sequencing of sublancin-resistant B. subtilis mutants obtained in our laboratory revealed two genes - glcR and ptsG - as key determinants of sublancin sensitivity. GlcR is a poorly characterised transcription factor acting as a negative regulator of its own operon. PtsG is a membrane permease of the phosphotransferase system (PTS) composed of three domains (IIB, IIA, IIC), which are responsible for transporting glucose into the cell. In this Thesis, sublancin was purified from the B. subtilis culture supernatant and its activity was tested against B. subtilis deletion mutants lacking glcR and ptsG. Results of these experiments revealed that the loss of glcR and ptsG in a sublancin-sensitive strain results in full resistance to sublancin. Subsequent in vitro transcription assays with purified...

Sublancin je vysoce stabilní 37 aminokyselin dlouhý antimikrobiální peptid syntetizovaný Gram- pozitivní půdní bakterií Bacillus subtilis. Sublancin je baktericidní vůči mnoha Gram-pozitivním bakteriím, včetně významných patogenů z rodů Streptococcus či Staphylococcus. Díky těmto vlastnostem má sublancin potenciální klinické využití. Navzdory desítkám let výzkumu však doposud nebyl objasněn mechanismus účinku tohoto antimikrobiálního peptidu. Výsledky celogenomového sekvenování mutant B. subtilis rezistentních k sublancinu, získaných v naší laboratoři, odhalily dva geny - glcR a ptsG, které jsou klíčové pro působení sublancinu na cílovou buňku. GlcR je málo popsaný transkripční faktor, působící jako negativní regulátor svého operonu. PtsG je membránová permeáza fosfotransferázového systému (PTS) složena ze tří domén (IIB, IIA, IIC), které jsou zodpovědné za přenos glukózy do buňky. V této práci byl ze supernatantu kultury B. subtilis purifikován sublancin a jeho účinek byl testován na kmenech B. subtilis s delecí genů glcR a ptsG. Výsledky těchto testů odhalily, že ztráta genů glcR a ptsG vede k plné rezistenci B. subtilis na sublancin. In vitro transkripční eseje s purifikovaným GlcR následně ukázaly stimulační efekt tohoto transkripčního faktoru na expresi genu ptsG a vysvětlily tak sublancinovou...