title: Biofilm-relevant genes in Escherichia coli and their control by intra- and extracellular signals
Creators: name: Offer, Ronja
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: Biofilm
subject: Signaltransduktion
subject: E. coli
subject: c-di-GMP
subject: Biofilm
subject: Signal transduction
subject: E. coli
subject: c-di-GMP
subject: 570 Biologie

description: Die Biofilmbildung von E. coli K-12 Makrokolonien wird durch eine komplexe Signalkaskade gesteuert, die den Wechsel von einer planktonischen, motilen und wachstums-orientierten hin zu einer mulitzellulären Lebensweise reguliert. Der sekundäre Botenstoff c-di-GMP spielt bei diesem Prozess eine Schlüsselrolle, indem er die Expression des Masterregulators CsgD kontrolliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit führten zu einem besseren Verständnis der Signaltransduktion des RdcA-RdcB-DgcE-Komplexes. Der Sensor RdcA-RdcB nimmt das Gleichgewicht zwischen GTP und (p)ppGpp wahr, was eine präzise und schnelle Anpassung an Veränderungen ihrer Konzentrationen ermöglicht. Damit misst und kontrolliert das Sensor-Transduktionssystem ein komplexes Zusammenspiel der drei Nukleotide GTP, (p)ppGpp und c-di-GMP zur Regulation der ECM-Synthese in Makrokolonien. Darüber hinaus ermöglicht diese Arbeit Einblicke in die Biofilm-hemmende Wirkung von extrazellulären Signalen Kretischer Pflanzen. Während die Hauptstrategie darin zu bestehen scheint, die Polymerisation von Curli-Fasern zu verhindern, hemmen einige Pflanzen auch die Synthese der Matrix durch eine Störung das Gleichgewicht zwischen Wachstum/Proliferation und Überleben/Stressreaktion auf Transkriptionsebene. Des Weiteren zeigte diese Arbeit, dass c-di-GMP ein wirksamer globaler Regulator ist, der die Genexpression vieler stress- und metabolischer Gene moduliert. C-di-GMP hat einen Effekt auf die generelle Stressantwort durch differenzielle Regulierung einiger RpoS-abhängiger Gene. Eine Kombination aus spezifischen und globalen c-di-GMP-Effekten auf der Ebene der Transkription, des mRNA-Umsatzes und der Proteinacetylierung vermittelt dies. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sehr hohe globale c-di-GMP-Spiegel zu einer präzisen Anpassung der allgemeinen Stressantwort in Zellen der stationären Phase in der oberen Biofilmschicht führen, welche aufgrund ihrer Position in der exponiertesten Schicht des Biofilms erforderlich ist.
description: The macrocolony biofilm formation of E. coli K-12 is controlled by a complex network that regulates the switch from a planktonic and flagellated, growth-orientated to a multicellular lifestyle characterized by increased stress resistance and survival strategies. The second messenger c-di-GMP plays a key role in this process by controlling the expression of the master regulator CsgD. The results of this work led to a better understanding of the signaling mechanism of the RdcA-RdcB-DgcE complex. RdcA-RdcB senses the balance between GTP and (p)ppGpp which enables precise and fast adaptation to small changes in their concentrations. With this, the sensor-transduction system senses and/or controls a complex interplay of the three guanosine-based nucleotides GTP, (p)ppGpp, and c-di-GMP to regulate the ECM synthesis of a macrocolony. In addition, this work allows further insights into the anti-biofilm activity of extracellular stimuli by Cretan plants. While the major strategy seems to be preventing the polymerization of curli fibers, some plants also inhibit the synthesis of the matrix by modulating the master regulator CsgD caused by a disturbance of the growth/proliferation vs. survival/stress response balance. Furthermore, this work revealed that c-di-GMP is a potent global regulator that modulates gene expression and many stress-related and metabolic genes. C-di-GMP modulates the stationary phase response by differentially regulating a subset of RpoS-dependent genes. A combination of specific and global c-di-GMP effects on the level of transcription, mRNA turnover and protein acetylation mediate this regulation. Overall, the findings indicate that very high global c-di-GMP levels - found only in biofilms but not in liquid cultures of E. coli K-12 - result in a precise adjustment of the general stress response in stationary phase cells of the upper biofilm layer needed due to their position in the most exposed layer of the biofilm.