COVRS環境センサーは、SALIVARIUS STREPTOCOCCIの能力を組織するためにCOMRSシグナリングシステムを直接制御します

バクテリアでは、同質生成集団の表現型の不均一性は、遺伝的多様性の欠如を補い、1つだけを選択する場合、付随する複数の生存戦略を可能にします。この強力な戦術は、コミュニティのサブセットのみがフェロモンシグナル伝達システムのコムを引き起こし、バイモーダルの活性化をもたらすストレプトコッシの能力開発に活用されています。しかし、この不可解な行動の規制カスケードと根本的なメカニズムは、部分的には依然として理解されたままでした。ここでは、病原性連鎖球菌におけるよく説明されている毒性調節系であるCOVRが、COMRSシステムを直接制御して、腸内連鎖球菌のsalivariusおよび密接に関連する種の系統coccus熱球の双峰性を生成することを示しています。蛍光レポーター株の単一細胞分析と調節性変異体を使用して、COMRの細胞内濃度が集団の有能な細胞の割合を決定することを明らかにしました。また、このバイモーダルの活性化には、COMSの生産に作用する機能的なポジティブフィードバックループ、および専用の透過を介した輸出と再介入が必要であることも示しました。このプロセスでは細胞内COMR濃度が重要であるため、環境センサーがその豊富さを制御できると仮定しました。すべての2成分システムを体系的に不活性化し、COVRをCOVRをCOVR発現の直接抑制システムとして特定しました。特に、COVRプロモーター領域の複数の部位にCOVR結合を介して、システムが負の規制を伝達することを示しました。COVRSは環境刺激を統合するため、環境条件を唾液連鎖球菌における（バイモーダル）能力活性化に接続するのはパズルの欠落している部分であることを示唆しています。抗菌化合物の産生と死細胞によって放出されるDNA材料の取り込みを組み合わせた重要性は、連鎖球菌における最も効率的な生存戦略の1つです。しかし、この強力な戦術は、エネルギーを消費し、代謝を再プログラムすることです。この欠点を回避するために、能力の活性化は、二峰性として知られるプロセスである亜集団に制限されています。この作業では、この現象をサリバリウス連鎖球菌で探索し、細胞の運命を支配する分子メカニズムを解明しました。また、病原性連鎖球菌の病原性を制御する環境センサーが、共生連鎖球菌の能力を制御するために迂回されることを示しています。一緒に、これらの結果は、細菌がどのように外部刺激を感知し、複雑な通信装置に伝達して集合的な行動を微調整することができるかを示しています。

In bacteria, phenotypic heterogeneity in an isogenic population compensates for the lack of genetic diversity and allows concomitant multiple survival strategies when choosing only one is too risky. This powerful tactic is exploited for competence development in streptococci where only a subset of the community triggers the pheromone signaling system ComR-ComS, resulting in a bimodal activation. However, the regulatory cascade and the underlying mechanisms of this puzzling behavior remained partially understood. Here, we show that CovRS, a well-described virulence regulatory system in pathogenic streptococci, directly controls the ComRS system to generate bimodality in the gut commensal Streptococcus salivarius and the closely related species Streptococcus thermophilus. Using single-cell analysis of fluorescent reporter strains together with regulatory mutants, we revealed that the intracellular concentration of ComR determines the proportion of competent cells in the population. We also showed that this bimodal activation requires a functional positive-feedback loop acting on ComS production, as well as its exportation and reinternalization via dedicated permeases. As the intracellular ComR concentration is critical in this process, we hypothesized that an environmental sensor could control its abundance. We systematically inactivated all two-component systems and identified CovRS as a direct repression system of comR expression. Notably, we showed that the system transduces its negative regulation through CovR binding to multiple sites in the comR promoter region. Since CovRS integrates environmental stimuli, we suggest that it is the missing piece of the puzzle that connects environmental conditions to (bimodal) competence activation in salivarius streptococci. IMPORTANCE Combining production of antibacterial compounds and uptake of DNA material released by dead cells, competence is one of the most efficient survival strategies in streptococci. Yet, this powerful tactic is energy consuming and reprograms the metabolism to such an extent that cell proliferation is transiently impaired. To circumvent this drawback, competence activation is restricted to a subpopulation, a process known as bimodality. In this work, we explored this phenomenon in salivarius streptococci and elucidated the molecular mechanisms governing cell fate. We also show that an environmental sensor controlling virulence in pathogenic streptococci is diverted to control competence in commensal streptococci. Together, those results showcase how bacteria can sense and transmit external stimuli to complex communication devices for fine-tuning collective behaviors.