Construção de circuitos genéticos para ativar pseudotaxia induzida por quercetina em Escherichia coli

Abstract

Abstract: Bacteria can be attracted or repelled by molecules in their environment. These molecules induce a phosphorylation cascade and trigger the rotation of flagella, propelling the bacteria in a mechanism called chemotaxis. In this context, soil bacteria often compete for nutrients and space, and chemotaxis towards compounds secreted by plant exudates is crucial for bacterial root colonization. Therefore, the insertion of genetic modifications in bacteria, giving them the ability to move towards specific molecules, emerges as an opportunity to investigate the role of chemotaxis in host competition. The goal of this study is to regulate the chemotaxis of Escherichia coli towards quercetin, an abundant flavonoid frequently secreted by plants. To achieve this, regulatory circuits involving the transcriptional repressor QdoR and the promoter of the qdoI gene from Bacillus subtilis were constructed. When QdoR is expressed, it strongly binds to operator sites upstream of qdoI, but unbinds upon interaction with flavonoids such as quercetin. In our circuits, the qdoI promoter regulates the expression of the cheZ gene in E. coli. The CheZ phosphatase controls the dephosphorylation levels of the CheY protein and consequently regulates chemotaxis. Additionally, the expression of cheZ has been modulated with the aim of producing different levels of chemotaxis, enabling an analysis of the competition between strains of E. coli that move rapidly and slowly towards quercetin. With this dynamic, this work represents initial efforts towards a better understanding of chemotaxis of bacteria in the same population.

Resumo: Bactérias podem ser atraídas ou repelidas por moléculas presentes no meio em que vivem. Tais moléculas induzem uma cascata de fosforilação e provocam a rotação dos flagelos, que impulsionam a bactéria, um mecanismo chamado quimiotaxia. Nesse contexto, bactérias do solo frequentemente competem por nutrientes e espaço, de maneira que a quimiotaxia em direção a compostos secretados por exsudatos vegetais é fundamental para a colonização radicular. Sendo assim, a inserção de modificações genéticas em bactérias dando-as a capacidade de se locomoverem em direção a moléculas específicas, surge como uma oportunidade para investigar o papel da quimiotaxia na competição pelo hospedeiro. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi regular a quimiotaxia de Escherichia coli em direção à quercetina, um flavonoide abundante e frequentemente secretado por plantas. Para isso, foram construídos circuitos regulatórios que envolvem o repressor transcricional QdoR e o promotor do gene qdoI de Bacillus subtilis. Quando QdoR é expresso, liga-se fortemente aos sítios operadores a montante de qdoI, porém se desliga quando interage com flavonoides, como a quercetina. Nos circuitos construídos nesse trabalho, o promotor de qdoI regula a expressão do gene cheZ de E. coli. A fosfatase CheZ controla os níveis de defosforilação da proteína CheY e por consequência regula a quimiotaxia. Além disso, a expressão de cheZ foi modulada, com o intuito de produzir diferentes níveis de quimiotaxia, permitindo uma análise da competição entre estirpes de E. coli que se movem rapidamente e lentamente em direção a quercetina. Com essa dinâmica, esse trabalho representa esforços iniciais para o melhor entendimento da dinâmica da quimiotaxia de bactérias em uma mesma população.