coxiella burnetiiの複数の基質使用量は、二部代謝ネットワークを供給します

ヒト病原体Coxiella burnetiiはQ-feverを引き起こし、カテゴリBの生物兵器に分類されます。Axenic Growth Medium ACCM-2の開発を活用して、13Cラベルの実験と同位体プロファイリングを使用して、C。burnetiiの非常に多様な代謝ネットワークを調査しました。この目的のために、C。burnetiiRsa 439 Nmiiは、5 mMの[U-13C3]セリン、[U-13C6]グルコース、または[U-13C3]グリセロールを含む5 mMを含むACCM-2で培養しました。標識された細菌のタンパク質由来アミノ酸、メタノール可溶性極代謝産物、脂肪酸、および細胞壁壁成分（たとえば、ジアミノピメラレートおよび糖）のGC/MSベースの同位体プロファイリングは、異なる組み込み速度と同位体プロフィールを明らかにしました。これらのデータは、標識された基質の多様な使用と、病原体のコア代謝への相対炭素フラックスを解読するのに役立ちました。一方、これらの基質のいずれかからのde novo生合成は、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、フェニルアラニン、プロリン、バリン、他のアミノ酸と代謝物については、13c-labelを特定の速度で獲得しました。トレーサー化合物。グルコースは細胞壁の生合成に直接使用されましたが、解糖経路を介してピルビン酸（およびその下流代謝産物）に変換するか、非酸化ペンテースリン酸経路を介して4-リン酸（たとえば、チロシンの生合成）に変換されました。グリセロールは糖質生成基質として効率的に機能し、ホスホエノールピルビン酸およびジアミノピメレートを介して、細胞壁生合成の主要な炭素源として使用することもできます。対照的に、外因性セリンは、酸化方向のフラックスを備えた完全なクエン酸サイクルで、脂肪酸生合成の炭素飼料として、例えば、下流の代謝プロセスで主に使用されていました。要約すると、データは、関連する病原体レジオネラ肺炎の全体的なトポロジーに似た、二部型代謝ネットワークにおけるC. burnetiiによる複数の差別的基質使用量を反映しています。これらの戦略は、細胞内条件下で複製に適応するための特性として、病原体の代謝能力にも利益をもたらす可能性があります。

The human pathogen Coxiella burnetii causes Q-fever and is classified as a category B bio-weapon. Exploiting the development of the axenic growth medium ACCM-2, we have now used 13C-labeling experiments and isotopolog profiling to investigate the highly diverse metabolic network of C. burnetii. To this aim, C. burnetii RSA 439 NMII was cultured in ACCM-2 containing 5 mM of either [U-13C3]serine, [U-13C6]glucose, or [U-13C3]glycerol until the late-logarithmic phase. GC/MS-based isotopolog profiling of protein-derived amino acids, methanol-soluble polar metabolites, fatty acids, and cell wall components (e.g., diaminopimelate and sugars) from the labeled bacteria revealed differential incorporation rates and isotopolog profiles. These data served to decipher the diverse usages of the labeled substrates and the relative carbon fluxes into the core metabolism of the pathogen. Whereas, de novo biosynthesis from any of these substrates could not be found for histidine, isoleucine, leucine, lysine, phenylalanine, proline and valine, the other amino acids and metabolites under study acquired 13C-label at specific rates depending on the nature of the tracer compound. Glucose was directly used for cell wall biosynthesis, but was also converted into pyruvate (and its downstream metabolites) through the glycolytic pathway or into erythrose 4-phosphate (e.g., for the biosynthesis of tyrosine) via the non-oxidative pentose phosphate pathway. Glycerol efficiently served as a gluconeogenetic substrate and could also be used via phosphoenolpyruvate and diaminopimelate as a major carbon source for cell wall biosynthesis. In contrast, exogenous serine was mainly utilized in downstream metabolic processes, e.g., via acetyl-CoA in a complete citrate cycle with fluxes in the oxidative direction and as a carbon feed for fatty acid biosynthesis. In summary, the data reflect multiple and differential substrate usages by C. burnetii in a bipartite-type metabolic network, resembling the overall topology of the related pathogen Legionella pneumophila. These strategies could benefit the metabolic capacities of the pathogens also as a trait to adapt for replication under intracellular conditions.