Microbial Adaptation - Responses to External Cues

Abstract

Bacteria can adapt to various environments because they efficiently sense and respond to external cues. This is exemplified by antibiotic resistance, a leading cause for death on a global scale. Antibiotics exert a selection pressure on bacteria, where improper use can inadvertently select for antibiotic resistance. Dissemination of antibiotic resistance throughout bacterial populations can occur via horizontal gene transfer. Bacteria can also take up genetic material from the environment and incorporate it into their genome. This is known as natural transformation and is dependent on bacteria entering a state of competence to take up environmental DNA. Induction of competence involves an extensive network of signaling, that involves sensing and responding to external cues such as population density, and nutrient availability. The external cues are then converted into a phenotypic response. The cell surface is critical to regulate this activity and occurs via an intricate tapestry of membrane proteins, lipids and more. The orchestration of these components is vital for appropriate signal processing and proper adaptation. This thesis explores bacterial adaptation in response to external cues such as antibiotics and environmental DNA. As well as activity and localization of membrane proteins.

Bakterier har en enorm evne til å tilpasse seg ulike miljøer som innebærer å tolke eksterne stressfaktorer. Et eksempel på dette er antibiotikaresistens, som er en ledende dødsårsak på global basis. Antibiotika utsetter bakterier for et seleksjonspress, ved feil bruk vil man ubevisst selektere for resistente bakterier. Resistensgener kan så overføres ved horisontal genoverføring. På den måten kan resistens fordeles i populasjonen. Bakterier kan også ta opp fremmed DNA fra miljøet og inkorporere det i sitt genom. Dette kalles naturlig transformering og krever at bakteriene blir kompetente til å kunne ta opp fremmed DNA. Dette innebærer som regel et innviklet nettverk av signalering. Eksterne faktorer som populasjonstetthet og tilgang på næring blir da konvertert til en phenotypisk respons. Celleoverflaten er kritisk for å regulere denne aktiviteten og foregår via ett tettpakket vev av blant annet membranproteiner og lipider. Dette er essensielt for å kunne registrere og videreføre informasjon fra miljøet. Denne avhandlingen utforsker tilpasningsevnen til bakterier i henhold til stressfaktorer, som antibiotika og DNA fra miljøet, og samspillet mellom aktivering av membranproteiner, som nevnt ovenfor.