A sensor histidine kinase from a plant-endosymbiont bacterium restores the virulence of a mammalian intracellular pathogen

Abstract

Alphaproteobacteria include organisms living in close association with plants or animals. This interaction relies partly on orthologous two-component regulatory systems (TCS), with sensor and regulator proteins modulating the expression of conserved genes related to symbiosis/virulence. We assessed the ability of the exoS+Sm gene, encoding a sensor protein from the plant endosymbiont Sinorhizobium meliloti to substitute its orthologous bvrS in the related animal/human pathogen Brucella abortus. ExoS phosphorylated the B. abortus regulator BvrR in vitro and in cultured bacteria, showing conserved biological function. Production of ExoS in a B. abortus bvrS mutant reestablished replication in host cells and the capacity to infect mice. Bacterial outer membrane properties, the production of the type IV secretion system VirB, and its transcriptional regulators VjbR and BvrR were restored as compared to parental B. abortus. These results indicate that conserved traits of orthologous TCS from bacteria living in and sensing different environments are sufficient to achieve phenotypic plasticity and support bacterial survival. The knowledge of bacterial genetic networks regulating host interactions allows for an understanding of the subtle differences between symbiosis and parasitism. Rewiring these networks could provide new alternatives to control and prevent bacterial infection.

Las alfaproteobacterias son organismos que viven en estrecha asociación con plantas o animales. Esta interacción se basa en parte en sistemas reguladores de dos componentes (TCS) ortólogos, con proteínas sensoras y reguladoras que modulan la expresión de genes conservados relacionados con la simbiosis/virulencia. Hemos evaluado la capacidad del gen exoS+Sm, que codifica una proteína sensor del endosimbionte vegetal Sinorhizobium meliloti, para sustituir a su ortólogo bvrS en el patógeno animal/humano relacionado Brucella abortus. ExoS fosforila el regulador BvrR de B. abortus in vitro y en cultivos bacterianos, lo que demuestra que conserva su función biológica. La producción de ExoS en un mutante bvrS de B. abortus restableció la replicación en células huésped y la capacidad de infectar ratones. Las propiedades de la membrana externa bacteriana, la producción del sistema de secreción de tipo IV VirB y sus reguladores transcripcionales VjbR y BvrR se restablecieron en comparación con el B. abortus parental. Estos resultados indican que los rasgos conservados de TCS ortólogos de bacterias que viven en entornos diferentes y los detectan son suficientes para lograr la plasticidad fenotípica y favorecer la supervivencia bacteriana. El conocimiento de las redes genéticas bacterianas que regulan las interacciones con el hospedador permite comprender las sutiles diferencias entre simbiosis y parasitismo. El recableado de estas redes podría ofrecer nuevas alternativas para controlar y prevenir la infección bacteriana.