経口連鎖球菌によるピルビン酸分泌は過酸化水素依存性拮抗作用を調節する

Pyruvate secretion by oral streptococci modulates hydrogen peroxide dependent antagonism.

• Sylvio Redanz
• Puthayalai Treerat
• Rong Mu
• Ulrike Redanz
• Zhengzhong Zou
• Dipankar Koley
• Justin Merritt
• Jens Kreth

抄録

多くの常在性経口連鎖球菌は、ピルビン酸オキシダーゼ（SpxB）を介してHOを生成し、主要なカリ起源種であるストレプトコッカス・ミュータンスのような競合菌の増殖を抑制する。Streptococcus sanguinis SK36（SK36）やStreptococcus gordonii DL1（DL1）では、spxBの発現とHOの放出は、異化制御タンパク質A（CcpA）による炭素異化抑制の対象となっている。驚くべきことに、SK36 と DL1 の CcpA 欠失変異体は、他の方法では抑制されたレベルの HO を産生するにもかかわらず、S. mutans の抑制に失敗した。SK36とDL1のHO欠損spxB欠失変異体を用いて、HOが外因的に添加された場合、両方の菌株が他の細菌にトランスで保護を与えることがその後発見されました。この保護効果は、ピルビン酸の放出によるHOの直接的な無害化に依存しています。このピルビン酸依存性の保護効果は、肺炎球菌のような他の spxB をコードする連鎖球菌にも存在しますが、S. mutans のような spxB 陰性種には存在しません。また、ピルビン酸の放出と酸化保護に必要な成分として、Nox (putative HO-forming NADH dehydrogenase)が重要な役割を果たしていることが明らかになった。さらに、ピルビン酸の分泌は、バイオフィルムのような細胞密度の好気性増殖条件下でのみ検出可能であり、CcpA依存性の異化産物制御に応答する。spxBをコードする連鎖球菌のこの能力は、口腔内細菌と病原体との間の競合的相互作用の新たな側面を明らかにし、HO産生株の口腔内細菌連鎖球菌の間で観察される阻害性の可変レベルのメカニズムの基礎を提供します。

Many commensal oral streptococci generate HO via pyruvate oxidase (SpxB) to inhibit the growth of competing bacteria like Streptococcus mutans, a major cariogenic species. In Streptococcus sanguinis SK36 (SK36) and Streptococcus gordonii DL1 (DL1), spxB expression and HO release are subject to carbon catabolite repression by the catabolite control protein A (CcpA). Surprisingly, ccpA deletion mutants of SK36 and DL1 fail to inhibit S. mutans despite their production of otherwise inhibitory levels of HO. Using HO-deficient spxB deletion mutants of SK36 and DL1, it was subsequently discovered that both strains confer protection in trans to other bacteria when HO is added exogenously. This protective effect depends on the direct detoxification of HO by the release of pyruvate. The pyruvate dependent protective effect is also present in other spxB-encoding streptococci, such as the pneumococcus, but is missing from spxB-negative species like S. mutans. Targeted and transposon-based mutagenesis revealed Nox (putative HO-forming NADH dehydrogenase) as an essential component required for pyruvate release and oxidative protection, while other genes such as sodA and dps play minor roles. Furthermore, pyruvate secretion is only detectable in aerobic growth conditions at biofilm-like cell densities and is responsive to CcpA-dependent catabolite control. This ability of spxB-encoding streptococci reveals a new facet of the competitive interactions between oral commensals and pathobionts and provides a mechanistic basis for the variable levels of inhibitory potential observed among HO-producing strains of commensal oral streptococci.