Escherichia coli W3110'un porin protein mutantlarında biyofilm ile ilgili genlerin ifadelerinin araştırılması

Abstract

Biyofilm oluşumu, birçok farklı mekanizmanın ve düzenleyici genlerin dahil olduğu oldukça kapsamlı ve çok hücreli bir oluşumdur. Bu oluşum, besin varlığı, sıcaklık, nem ve pH gibi birçok faktörün varlığından etkilenmektedir. Bu çalışmamızda, Escherichia coli'nin sahip olduğu dış zar proteinlerinden ompA, ompC ve lamB porin mutantlarında, biyofilm oluşumunda rol alan genlerin ifade düzeylerindeki değişim araştırılmıştır. Çalışmamızda kullandığımız yabani tip E. coli W3110 suşu ve bu suşun phoE mutantı, denediğimiz hiçbir koşulda biyofilm oluşturmamakla birlikte, bu suşun ompA ve ompC mutantları pH 6, 7 ve 8'de, lamB mutantı ise sadece pH 7'de biyofilm oluşturmuştur. Mutantlardaki biyofilm mekanizmasının aydınlatılması için pH 6, 7 ve 8'de büyütülen yabani tip E. coli W3110 ve porin mutantlarının, biyofilmle ilişkili olan genlerinin (csgD, csrA, rcsB, pgaC, qseB, qseC, sdiA) ekspresyon seviyelerindeki değişimler incelenmiştir. Buna göre, çalışılan her pH değerinde ompA ve ompC mutantlarında, csrA ve rcsB genlerinin azalış gösterdiği, csgD, pgaC ve sdiA genlerinin ise, yabani tipe göre artış gösterdiği belirlenmiştir. Aynı zamanda, ompA ve ompC mutantlarında, flagellar genlerin düzenleyicisi qseB ve qseC'nin pH 6 hariç, diğer pH'larda azalış gösterdiği tespit edilmiştir. qseB geni pH 6'da her iki mutantta da bir miktar artış gösterirken, qseC geni, ompA mutantında artış gösterip, ompC mutantında azalış göstermiştir. Fazla ekspresyonu biyofilm oluşumunu olumsuz etkileyebilen qseB ve qseC genlerinin, pH 6'da biraz artış göstermesi, ompA ve ompC porin mutantlarında biyofilm oluşumunun pH 7 ve 8'e göre biraz azalmasına sebebiyet vermiştir. pH 7'de diğer mutantlarla benzer gen ekspresyonları veren lamB mutantında, qseBC genlerinin pH 6'da aşırı eksprese olduğu ve pH 8'de ise csgD geninin düşük eksprese olduğu tespit edilmiştir. Bu durumların lamB mutantında biyofilm oluşumunu inhibe ettiği belirlenmiştir. Elde edilen ekspresyon verilerinin ışığında, mutantları biyofilm oluşumuna götüren mekanizmalar hakkında görüşler ortaya koyulmuştur. Bu görüşlere göre, ompA, ompC ve lamB mutantlarının biyofilm oluşturmasında biyofilm ile ilişkili genlerin ekspresyonlarının biyofilm oluşturmaya uygun şekilde artış ve azalış gösterdiği belirlenmiştir. Ancak bu verilerden biyofilm oluşumunu porinlerin mutant olmasının nasıl indüklediği hususunda henüz bir bilgi elde edinilememiştir.

Biofilm formation is a comprehensive and multicellular formation involving many different mechanisms and regulatory genes. This formation is affected by many factors such as nutrient availability, temperature, humidity, and pH. In this study, changes in the expression levels of genes involved in biofilm formation were investigated in ompA, ompC, and lamB porin mutants, which are outer membrane proteins of Escherichia coli. The wild-type E. coli W3110 strain we used in our study and the phoE mutant of this strain did not form biofilms under any of the conditions we tried, but ompA and ompC mutants of this strain formed biofilms at pH 6, 7, and 8, while the lamB mutant only formed biofilm at pH 7. To elucidate the biofilm mechanism in mutants, changes in the expression levels of biofilm-associated genes (csgD, csrA, rcsB, pgaC, qseB, qseC, sdiA) of wild-type E. coli W3110 and porin mutants grew at pH 6.7 and 8 were investigated. Accordingly, it was determined that csrA and rcsB genes decreased in ompA and ompC mutants at every pH value studied, while csgD, pgaC, and sdiA genes increased compared to wild-type. Also, in ompA and ompC mutants, the regulators of flagellar genes qseB and qseC decreased at other pHs except pH 6. While the qseB gene increased slightly in both mutants at pH 6, the qseC gene increased in the ompA mutant and decreased in the ompC mutant. The overexpression of qseB and qseC genes, whose overexpression may negatively affect biofilm formation, slightly increased at pH 6, resulting in a slight decrease in biofilm formation in ompA and ompC porin mutants than at pH 7 and 8. It was determined that in the lamB mutant, which gave similar gene expressions with other mutants at pH 7, the qseBC genes were overexpressed at pH 6 and the csgD gene was underexpressed at pH 8. These conditions were determined to inhibit biofilm formation in the lamB mutant. In line with the obtained expression data, opinions about the mechanisms that lead mutants to biofilm formation were put forward. According to these views, it was determined that the expression of biofilm-related genes increased and decreased in the biofilm formation of ompA, ompC, and lamB mutants by biofilm formation. However, from these data, no information has yet been obtained about how the mutant porins induce biofilm formation.