Small molecule perimeter defense in entomopathogenic bacteria

生物 发光杆菌属 大肠杆菌 异弹目 生物化学 发光光杆线虫 细菌 微生物学 细胞生物学 基因 遗传学
作者
Jason M. Crawford,Cyril Portmann,Xu Zhang,Maarten B. J. Roeffaers,Jon Clardy
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:109 (27): 10821-10826 被引量:177
标识
DOI:10.1073/pnas.1201160109
摘要

Two Gram-negative insect pathogens, Xenorhabdus nematophila and Photorhabdus luminescens , produce rhabduscin, an amidoglycosyl- and vinyl-isonitrile-functionalized tyrosine derivative. Heterologous expression of the rhabduscin pathway in Escherichia coli , precursor-directed biosynthesis of rhabduscin analogs, biochemical assays, and visualization using both stimulated Raman scattering and confocal fluorescence microscopy established rhabduscin’s role as a potent nanomolar-level inhibitor of phenoloxidase, a key component of the insect’s innate immune system, as well as rhabduscin’s localization at the bacterial cell surface. Stimulated Raman scattering microscopy visualized rhabduscin at the periphery of wild-type X. nematophila cells and E. coli cells heterologously expressing the rhabduscin pathway. Precursor-directed biosynthesis created rhabduscin mimics in X. nematophila pathway mutants that could be accessed at the bacterial cell surface by an extracellular bioorthogonal probe, as judged by confocal fluorescence microscopy. Biochemical assays using both wild-type and mutant X. nematophila cells showed that rhabduscin was necessary and sufficient for potent inhibition (low nM) of phenoloxidases, the enzymes responsible for producing melanin (the hard black polymer insects generate to seal off microbial pathogens). These observations suggest a model in which rhabduscin’s physical association at the bacterial cell surface provides a highly effective inhibitor concentration directly at the site of phenoloxidase contact. This class of molecules is not limited to insect pathogens, as the human pathogen Vibrio cholerae also encodes rhabduscin’s aglycone, and bacterial cell-coated immunosuppressants could be a general strategy to combat host defenses.

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