<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Two-component signal transduction systems composed of histidine sensor kinase and response regulator are involved in adaptive response of pathogenic bacteria to environmental signals by regulating gene expression involved in many physiological processes, bacterial virulence, and antibiotic resistance (antibacterial compounds). Antibiotic resistance of pathogenic bacteria is one of the most important public health problems worldwide. The paper describes a signal transduction mechanism based on phosphotransfer, functioning in two-component systems and the mechanisms of antibiotic resistance governed by these systems. Several signal transduction pathways associated with resistance to antibacterial compounds and functioning in <italic>Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Aeromonas, Salmonella</italic> and <italic>Yersinia</italic> spp. have been characterized (PhoP-PhoQ, PmrA-PmrB, ParR-ParS, CzcR-CzcS, CopR-CopS, PprB-PprA, CbrB-CbrA, BlrA-BlrB and OmpR-EnvZ systems). Their role in modifying the bacterial cell surface, limiting the inflow or increasing the drug efflux from the cell, producing antibiotic-degrading enzymes or the biofilm formation is presented.
1. Introduction. 2. Mechanism of action of two-component regulatory systems. 2.1. Histidine sensor kinases. 2.2. Response regulators. 2.3. Signal transduction in two-component systems. 3. Mechanisms of antibiotic resistance controlled by two-component signal transduction systems. 3.1. Cell surface modification. 3.2. Regulation of drug inflow and outflow. 3.3. Regulation of the level of enzymes modifying/inactivating antibiotics. 3.4. Other alternative forms of resistance. 4. Characteristics of two-component signal transduction systems modulating resistance to antibacterial compounds in selected Gram-negative bacteria. 4.1. PhoP-PhoQ and PmrA-PmrB systems. 4.2. ParR-ParS system. 4.3. CzcR-CzcS and CopR-CopS systems. 4.4. PprB-PprA system. 4.5. CbrB-CbrA system. 4.6. BlrA-BlrB system. 4.7. OmpR-EnvZ system. 5. Summary
</abstract>

Two-component signal transduction systems composed of histidine sensor kinase and response regulator are involved in adaptive response of pathogenic bacteria to environmental signals by regulating gene expression involved in many physiological processes, bacterial virulence, and antibiotic resistance (antibacterial compounds). Antibiotic resistance of pathogenic bacteria is one of the most important public health problems worldwide. The paper describes a signal transduction mechanism based on phosphotransfer, functioning in two-component systems and the mechanisms of antibiotic resistance governed by these systems. Several signal transduction pathways associated with resistance to antibacterial compounds and functioning in Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Aeromonas, Salmonella and Yersinia spp. have been characterized (PhoP-PhoQ, PmrA-PmrB, ParR-ParS, CzcR-CzcS, CopR-CopS, PprB-PprA, CbrB-CbrA, BlrA-BlrB and OmpR-EnvZ systems). Their role in modifying the bacterial cell surface, limiting the inflow or increasing the drug efflux from the cell, producing antibiotic-degrading enzymes or the biofilm formation is presented.
1. Introduction. 2. Mechanism of action of two-component regulatory systems. 2.1. Histidine sensor kinases. 2.2. Response regulators. 2.3. Signal transduction in two-component systems. 3. Mechanisms of antibiotic resistance controlled by two-component signal transduction systems. 3.1. Cell surface modification. 3.2. Regulation of drug inflow and outflow. 3.3. Regulation of the level of enzymes modifying/inactivating antibiotics. 3.4. Other alternative forms of resistance. 4. Characteristics of two-component signal transduction systems modulating resistance to antibacterial compounds in selected Gram-negative bacteria. 4.1. PhoP-PhoQ and PmrA-PmrB systems. 4.2. ParR-ParS system. 4.3. CzcR-CzcS and CopR-CopS systems. 4.4. PprB-PprA system. 4.5. CbrB-CbrA system. 4.6. BlrA-BlrB system. 4.7. OmpR-EnvZ system. 5. Summary

Role Of Two-Component Signal Transduction Systems In Antimicrobial Resistance Of Gram-Negative Pathogens

Advancements of Microbiology

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

<trans-abstract xml:lang="pl" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Dwuskładnikowe szlaki transdukcji sygnału złożone z sensorowej kinazy histydynowej i regulatora odpowiedzi umożliwiają bakteriom adaptacyjną odpowiedź na zmieniające się warunki środowiskowe poprzez regulację ekspresji genów warunkujących przebieg wielu procesów fizjologicznych, wirulencję bakterii czy oporność na antybiotyki (związki przeciwbakteryjne). Oporność bakterii patogennych na antybiotyki jest jednym z najważniejszych problemów zdrowia publicznego na całym świecie. W pracy opisano mechanizm transdukcji sygnału oparty na fosfotransferze, charakterystyczny dla systemów dwuskładnikowych oraz indukowane przez te systemy mechanizmy oporności na antybiotyki. Scharakteryzowano kilka dwuskładnikowych szlaków regulatorowych (system PhoP-PhoQ, PmrA-PmrB, ParR-ParS, CzcR-CzcS, CopR-CopS, PprB-PprA, CbrB-CbrA, BlrA-BlrB, OmpR-EnvZ), które funkcjonują u <italic>Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Aeromonas, Salmonella</italic> oraz <italic>Yersinia</italic> spp. Omówiono ich rolę w modyfikacji powierzchni komórki bakteryjnej, ograniczeniu napływu lub zwiększeniu wyrzutu leku z komórki, regulacji produkcji enzymów degradujących antybiotyki czy też w tworzeniu biofilmu.
1. Wstęp. 2. Mechanizm funkcjonowania bakteryjnych dwuskładnikowych systemów regulacyjnych. 2.1. Sensorowe kinazy histydynowe. 2.2. Regulatory odpowiedzi. 2.3. Transdukcja sygnału w dwuskładnikowych systemach regulacyjnych. 3. Mechanizmy oporności na antybiotyki kontrolowane przez dwuskładnikowe systemy regulacyjne. 3.1. Modyfikacja powierzchni komórek. 3.2. Regulacja napływu i wypływu leków. 3.3. Regulacja produkcji enzymów modyfikujących/inaktywujących antybiotyki. 3.4. Inne, alternatywne formy oporności. 4. Charakterystyka niektórych dwuskładnikowych systemów regulacyjnych uczestniczących w oporności na związki przeciwbakteryjne w wybranych bakteriach Gram-ujemnych. 4.1. Systemy PhoP-PhoQ i PmrA-PmrB. 4.2. System ParR-ParS. 4.3. Systemy CzcR-CzcS i CopR-CopS. 4.4. System PprB-PprA. 4.5. System CbrB-CbrA. 4.6. System BlrA-BlrB. 4. 7. System OmpR-EnvZ. 5. Podsumowanie
</trans-abstract>

Dwuskładnikowe szlaki transdukcji sygnału złożone z sensorowej kinazy histydynowej i regulatora odpowiedzi umożliwiają bakteriom adaptacyjną odpowiedź na zmieniające się warunki środowiskowe poprzez regulację ekspresji genów warunkujących przebieg wielu procesów fizjologicznych, wirulencję bakterii czy oporność na antybiotyki (związki przeciwbakteryjne). Oporność bakterii patogennych na antybiotyki jest jednym z najważniejszych problemów zdrowia publicznego na całym świecie. W pracy opisano mechanizm transdukcji sygnału oparty na fosfotransferze, charakterystyczny dla systemów dwuskładnikowych oraz indukowane przez te systemy mechanizmy oporności na antybiotyki. Scharakteryzowano kilka dwuskładnikowych szlaków regulatorowych (system PhoP-PhoQ, PmrA-PmrB, ParR-ParS, CzcR-CzcS, CopR-CopS, PprB-PprA, CbrB-CbrA, BlrA-BlrB, OmpR-EnvZ), które funkcjonują u Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Aeromonas, Salmonella oraz Yersinia spp. Omówiono ich rolę w modyfikacji powierzchni komórki bakteryjnej, ograniczeniu napływu lub zwiększeniu wyrzutu leku z komórki, regulacji produkcji enzymów degradujących antybiotyki czy też w tworzeniu biofilmu.
1. Wstęp. 2. Mechanizm funkcjonowania bakteryjnych dwuskładnikowych systemów regulacyjnych. 2.1. Sensorowe kinazy histydynowe. 2.2. Regulatory odpowiedzi. 2.3. Transdukcja sygnału w dwuskładnikowych systemach regulacyjnych. 3. Mechanizmy oporności na antybiotyki kontrolowane przez dwuskładnikowe systemy regulacyjne. 3.1. Modyfikacja powierzchni komórek. 3.2. Regulacja napływu i wypływu leków. 3.3. Regulacja produkcji enzymów modyfikujących/inaktywujących antybiotyki. 3.4. Inne, alternatywne formy oporności. 4. Charakterystyka niektórych dwuskładnikowych systemów regulacyjnych uczestniczących w oporności na związki przeciwbakteryjne w wybranych bakteriach Gram-ujemnych. 4.1. Systemy PhoP-PhoQ i PmrA-PmrB. 4.2. System ParR-ParS. 4.3. Systemy CzcR-CzcS i CopR-CopS. 4.4. System PprB-PprA. 4.5. System CbrB-CbrA. 4.6. System BlrA-BlrB. 4. 7. System OmpR-EnvZ. 5. Podsumowanie

Two-component signal transduction systems composed of histidine sensor kinase and response regulator are involved in adaptive response of pathogenic bacteria...

Role Of Two-Component Signal Transduction Systems In Antimicrobial Resistance Of Gram-Negative Pathogens

Article Category: article

Published Online: Oct 12, 2020

Page range: 259 - 276

Received: Jan 01, 2020

Accepted: Apr 01, 2020

DOI: https://doi.org/10.21307/PM-2020.59.3.19

© 2020 Adrianna Raczkowska et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.