Autoinducer 2 in Campylobacter jejuni

Abstract

The ability of Campylobacter (C.) jejuni, the leading cause of food borne bacterial enteritis worldwide, to produce the Quorum sensing molecule autoinducer-2 (AI-2) provides new insights into the mechanisms by which C. jejuni regulates its behavior. The AI-2 mediated Quorum sensing system is widely conserved over both gram-negative and gram-positive bacteria and has been demonstrated to play a critical role in the environmental adaptation of other enteric pathogens such as Escherichia coli and Salmonella spp. Since the discovery of a luxS gene in the C. jejuni genome, which is capable of producing AI-2, various studies have been conducted to explore the function and role of AI-2 in C. jejuni. AI-2 is a byproduct of the conversion of s-ribosylhomocystein into homocystein in the methionine cycle. Therefore, the C. jejuni luxS mutant phenotypes can either be a result of a changed metabolism or the absence of AI-2. Most studies lack sufficient complementation resulting in not knowing whether phenotypes of luxS mutants should be attributed to a disrupted metabolism or a lack of AI-2. Furthermore, the analysis of phenotypes of the existing C. jejuni luxS mutant could be influenced by differences in strain background, kind of mutation and culture conditions. Additionally, no AI-2 receptor has been found yet for Campylobacter. All this contributes to an extensive discussion about the exact role of AI-2 in C. jejuni. Our work addresses two critical questions regarding AI-2 mediated Quorum sensing of C. jejuni. First, we provide insight as to why literature about phenotypes of C. jejuni luxS mutants is extremely contradictory. Further, some luxS mutant phenotypes could be partially complemented by AI-2, suggesting that C. jejuni can regulate its behavior by AI-2 dependent Quorum sensing. Secondly, we demonstrate that AI-2 was not actively taken up by C. jejuni, so further search of AI-2 receptors in C. jejuni should focus on two-component signaling systems or chemoreceptors rather than transporter systems.

Campylobacter (C.) jejuni ist der häufigste, durch Lebensmittel übertragene, bakterieller Auslöser einer Enteritis. Seine Fähigkeit das Quorum Sensing (QS) Molekül Autoinducer-2 (AI-2) herzustellen, eröffnet neue Ansätze für die Forschung von Anpassungsmechanismen bei C. jejuni. Sowohl bei gram-negativen als auch bei gram-positiven Bakterien sind AI-2 vermittelte QS-Systeme weit verbreitet. Bei anderen Spezies wie z.B. Escherichia coli oder Salmonella spp. spielen AI-2 vermittelte QS-Systeme eine entscheidende Rolle bei der Anpassung an Umwelteinflüsse. Seit im Genom von C. jejuni das luxS-Gen gefunden wurde, welches für die AI-2 Produktion verantwortlich ist, haben sich zahlreiche Studien mit der Funktion und Rolle von AI-2 in C. jejuni befasst. AI-2 entsteht als Beiprodukt während der Umwandlung von S- Ribosylhomocystein zu Homocystein im Methioninzyklus. Somit können die Phänotypen von luxS-Mutanten durch den veränderten Stoffwechsel oder den Mangel an AI-2 bedingt sein. In den meisten Studien wird nicht ausreichend komplementiert, wodurch unklar bleibt ob die beobachteten Phänotypen der luxS-Mutanten auf einen allgemein veränderten Stoffwechsel oder auf einen Mangel an AI-2 zurückzuführen sind. Die Phänotypen von C. jejuni luxS-Mutanten könnten zudem durch stammspezifische Unterschiede, die Mutationsart oder abweichende Kulturbedingungen beeinflusst werden. Außerdem wurde bisher kein AI-2-Rezeptor bei Campylobacter gefunden. Diese Situation führt zu einer intensiven Diskussion über die genaue Rolle von AI-2 in C. jejuni. Unsere Studie befasst sich mit zwei Kernfragen bzgl. AI-2 vermittelten QS Prozessen in C. jejuni. Erstens untersuchten wir die Gründe warum sich vorhandene Studien bzgl. Phänotypen von C. jejuni luxS-Mutanten so stark widersprechen. Wir konnten weiterhin zeigen, dass einige Phänotypen von luxS-Mutanten synthetisches AI-2 komplementiert werden konnten, was darauf schließen lässt, dass C. jejuni sein Verhalten mittels AI-2 abhängigem QS regulieren kann. Zweitens zeigten wir, dass AI-2 nicht aktiv von C. jejuni aufgenommen wird. Somit sollte sich die weitere Suche nach AI-2-Rezeptoren in C. jejuni nicht auf Transportersysteme, sondern auf Zwei-Komponenten-Signalsysteme oder Chemorezeptoren konzentrieren.