ピリミジンヌクレオチド生合成経路は、大腸菌のバイオフィルム決定因子の産生を調節します

細菌は、環境ストレスに対する耐性を構成するバイオフィルムとして知られる多細胞群集でしばしば見られます。細菌のバイオフィルムの形成と維持の原因となる細胞外接着と細胞凝集因子は、生理学的および環境的手がかりに応じて厳しく調節されています。大腸菌では、de novoウリジン一リン酸（UMP）生合成経路に属する遺伝子の不活性化が、CSGDEFGオペロンの転写を阻害することにより、細菌バイオフィルムマトリックスの重要な成分であるカーリ繊維とセルロースの生産を損なうことを示しています。バイオフィルムマスターレギュレーターCSGDタンパク質の。ピリミジンヌクレオチドサルベージ経路を介してUMPに変換できる外因性ウラシルで成長媒体を補充し、CSGDEFG転写とカーリ産生を回復します。しかし、さらに、外因性のウラシルは、特にDe novo Ump生合成の最初のステップを触媒する酵素をコードする炭水化物またはPYRB遺伝子のいずれかに欠陥のある株でセルロース産生を引き起こします。我々の結果は、ピリミジン代謝とカーリ/セルロース産生の間のタイトで複雑なリンクの存在を示しています。CSGDEFGオペロンの転写は、ピリミジンヌクレオチドの利用可能性に反応しますが、セルロース産生は活性なnovo Ump生物症がない場合に外因性ウラシルによって引き起こされます。UMP生合成経路の摂動により、細菌細胞は飢v、核酸の分解、外因性ピリミジンの利用可能性などのシグナルを感知し、細胞外マトリックスの産生を変化する環境条件に適応させることができると推測します。

Bacteria are often found in multicellular communities known as biofilms, which constitute a resistance form against environmental stresses. Extracellular adhesion and cell aggregation factors, responsible for bacterial biofilm formation and maintenance, are tightly regulated in response to physiological and environmental cues. We show that, in Escherichia coli, inactivation of genes belonging to the de novo uridine monophosphate (UMP) biosynthetic pathway impairs production of curli fibers and cellulose, important components of the bacterial biofilm matrix, by inhibiting transcription of the csgDEFG operon, thus preventing production of the biofilm master regulator CsgD protein. Supplementing growth media with exogenous uracil, which can be converted to UMP through the pyrimidine nucleotide salvage pathway, restores csgDEFG transcription and curli production. In addition, however, exogenous uracil triggers cellulose production, particularly in strains defective in either carB or pyrB genes, which encode enzymes catalyzing the first steps of de novo UMP biosynthesis. Our results indicate the existence of tight and complex links between pyrimidine metabolism and curli/cellulose production: transcription of the csgDEFG operon responds to pyrimidine nucleotide availability, while cellulose production is triggered by exogenous uracil in the absence of active de novo UMP biosynthesis. We speculate that perturbations in the UMP biosynthetic pathways allow the bacterial cell to sense signals such as starvation, nucleic acids degradation, and availability of exogenous pyrimidines, and to adapt the production of the extracellular matrix to the changing environmental conditions.