Bacillus subtilis senses the antibiotic rifampicin through convergent promoters that control expression of genes providing protective mechanisms

Abstract

Bacteria inhabit various environmental niches and compete for survival. One of the survival strategies of some bacteria is to produce antibiotics. The selection pressure of antibiotics on other bacterial species has led to the evolution of antibiotic resistance mechanisms. Many of these mechanisms are still unknown. Adaptation to inhospitable conditions can be achieved most rapidly at the transcriptional level. The central enzyme of bacterial transcription is RNA polymerase (RNAP), whose activity is precisely regulated by various factors. Its essentiality for bacterial cells makes it a perfect target for antimicrobial compounds. One of these antimicrobial compounds is rifampicin (RIF), which prevents the synthesis of RNA beyond two to three nucleotides and forms stalled RNAP complexes on DNA, thereby inhibiting transcription. Bacteria possess various transcription factors (TFs), that help release or restart stalled RNAP complexes. One of these TFs is HelD. HelD interacts with RNAP and binds to it in both the primary and secondary channels. This leads to the release of RNAP from the DNA and helps restart transcription. There are at least two different classes of HelD, which are structurally different: Class I (e.g. Firmicutes) and Class II (e.g. Actinobacteria). Previous studies have shown that...

Bakterie obývají různé environmentální niky a soupeří o přežití. Jednou ze strategií přežití některých bakterií je produkce antibiotik. Selekční tlak antibiotik na jiné druhy bakterií vedl k vývoji mechanismů antibiotické rezistence. Mnoho z těchto mechanismů je stále neznámých. Adaptace na nehostinné podmínky je nejrychlejší na transkripční úrovni. Centrálním enzymem bakteriální transkripce je RNA polymeráza (RNAP), jejíž aktivita je přesně regulována různými faktory. Jeho nezbytnost pro bakteriální buňky z něj činí ideální cíl pro antimikrobiální látky. Jednou z těchto antimikrobiálních látek je rifampicin (RIF), který zabraňuje syntéze RNA delší než dva až tři nukleotidy a vytváří zastavené komplexy RNAP na DNA, čímž inhibuje transkripci. Bakterie mají různé transkripční faktory (TF), které pomáhají uvolňovat nebo znovu nastartovat zastavené komplexy RNAP. Jedním z těchto TF je protein HelD. HelD interaguje s RNAP a váže se na ni jak do primárního, tak do sekundárního kanálu. To vede k uvolnění RNAP z DNA a pomáhá znovu nastartovat transkripci. Existují alespoň dvě různé třídy HelD, které se strukturně liší: třída I (např. u Firmicutes) a třída II (např. u Aktinobakterií). Předchozí studie ukázaly, že HelD třídy II zprostředkovává rezistenci vůči RIF. U HelD třídy I však takový efekt nebyl...