線毛対立遺伝子の遺伝交換は、ポルフィロモナスgingivalisの適応毒性戦略を例示しています

Porphyromonas gingivalisは、グラム陰性の嫌気性細菌であり、ヒト経口微生物叢のメンバーであり、歯肉の炎症性疾患である慢性歯周炎の発症において提案された「キーストーン」病原体です。P. gingivalisは遺伝的に多様な種であり、自然能力と共役により株間で染色体DNAを交換することができます。この研究では、ホスト環境との相互作用の媒介における重要な役割のために、主要なフィンブリアエをモデルシステムとして使用して、動作を修正するための適応プロセスとしての水平DNA転移の役割を調査します。P. gingivalisは、自然な能力を介して、フィンブリアアレルタイプIとIVを4つの異なるひずみ背景に交換できることを示しています。すべての組換えで、FIMA対立遺伝子全体の完全な交換を検出し、交換率はひずみの背景によって異なります。さらに、繊維脳遺伝子遺伝子座の他の領域内の遺伝子交換が同定されました。これらの対立遺伝子スワップの生物学的意味を測定するために、FIMAの3つの遺伝子型を等遺伝性背景で比較し、ATCC 33277株を比較しました。fimbrial対立遺伝子型の交換は、繊細な表現型の変化をもたらすことを示しています。I型対立遺伝子を型IIIまたはIV対立遺伝子のいずれかに置き換えると、同質性親株と比較して歯肉線維芽細胞の浸潤が増加しました。遺伝的変動性は宿主ミクロバイオームの相互作用に影響を与えることが知られていますが、これはPANゲノム雲内の遺伝子を交換する適応効果を定量的に評価した最初の研究です。これは、日和見病原体が宿主微生物相互作用を修正するために必要な特性を獲得する可能性のある潜在的なメカニズムを提示するため、重要です。

Porphyromonas gingivalis is a gram-negative anaerobic bacterium, a member of the human oral microbiome, and a proposed "keystone" pathogen in the development of chronic periodontitis, an inflammatory disease of the gingiva. P. gingivalis is a genetically diverse species, and is able to exchange chromosomal DNA between strains by natural competence and conjugation. In this study, we investigate the role of horizontal DNA transfer as an adaptive process to modify behavior, using the major fimbriae as our model system, due to their critical role in mediating interactions with the host environment. We show that P. gingivalis is able to exchange fimbrial allele types I and IV into four distinct strain backgrounds via natural competence. In all recombinants, we detected a complete exchange of the entire fimA allele, and the rate of exchange varies between the different strain backgrounds. In addition, gene exchange within other regions of the fimbrial genetic locus was identified. To measure the biological implications of these allele swaps we compared three genotypes of fimA in an isogenic background, strain ATCC 33277. We demonstrate that exchange of fimbrial allele type results in profound phenotypic changes, including the quantity of fimbriae elaborated, membrane blebbing, auto-aggregation and other virulence-associated phenotypes. Replacement of the type I allele with either the type III or IV allele resulted in increased invasion of gingival fibroblast cells relative to the isogenic parent strain. While genetic variability is known to impact host-microbiome interactions, this is the first study to quantitatively assess the adaptive effect of exchanging genes within the pan genome cloud. This is significant as it presents a potential mechanism by which opportunistic pathogens may acquire the traits necessary to modify host-microbial interactions.