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Microarray analysis of Streptococcus pneumoniae gene expression changes to human lung epithelial cells

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Streptococcus pneumoniae infection starts from the respiratory tract where interaction with host epithelial cells occurs. To gain more insights on pneumococcal pathogenesis, an oligonucleotide (oligo)-based microarray was used to investigate gene expression changes of one serotype 3 encapsulated pathogenic S. pneumoniae strain 82 and one unencapsulated avirulent S. pneumoniae strain R6 upon exposure to human lung epithelial cells (A549) for 1 and 3 h, respectively. We observed that genes associated with many functional categories were differentially regulated in strain 82, such as genes in pathogenesis, cell envelope, transcription, translation, transport, metabolism, and unknown functions. In contrast, few genes were changed in strain R6 except for genes in ribonucleotide biosynthesis and unknown functions. Quantitative real-time PCR analysis confirmed the microarray results for most of the genes tested. To further characterize functions of the selected genes, knockout mutants were constructed in strain R6. We demonstrated that 2 genetic loci, SP_2170 (AdcB, zinc ABC transporter) and SP_0157 (hypothetical protein), were involved in adherence to A549 cells. These data suggest that divergent gene expression changes occur in S. pneumoniae pathogenic and avirulent strains during interaction with human lung epithelial cells. Some of those genes are involved in pneumococcal pathogenesis.

L’infection à Streptococcus pneumoniae commence dans les voies respiratoires suite à son interaction avec les cellules épithéliales de l’hôte. Afin de mieux comprendre la pathogenèse des pneumocoques, un essai sur des micropuces d’oligonucléotides a été utilisé pour examiner les changements d’expression génique d’une souche pathogène de sérotype 3 encapsulée, la S. pneumoniae souche 82, ainsi que d’une souche non-encapsulée, non virutente, la S. pneumoniae souche R6, en réponse à des expositions de 1 ou 3 h respectivement des cellules épithéliales de poumon humain A549. Nous avons observé que des gènes associés à différentes catégories fonctionnelles sont réglés de façon différentielle chez la souche 82, tels des gènes associés à la pathogenèse, à l’enveloppe cellulaire, à la transcription, à la traduction, au transport, au métabolisme, ainsi que des gènes de fonction inconnue. Au contraire, peu de gènes étaient affectés dans la souche R6, à l’exception de gènes impliqués dans la biosynthèse de ribonucléotides et de gènes de fonction inconnue. Une analyse par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR) a confirmé les résultats obtenus sur micropuces pour la plupart des gènes testés. Afin de caractériser davantage les fonctions de certains gènes choisis, des mutants knock-out ont été construits à partir de la souche R6. Nous avons démontré que deux loci génétiques, SP_2170 (transporteur ABC de zinc AdcB) et SP_0157 (protéine hypothétique), sont impliqués dans l’adhérence aux cellules A549. Ces résultats suggèrent que des changements d’expression divergents se produisent dans les souches de S. pneumoniae pathogènes et non virulentes lors de leur interaction avec les cellules épithéliales du poumon. Quelques uns de ces gènes sont impliqués dans la pathogenèse des pneumocoques.

Document Type: Research Article

Publication date: March 3, 2008

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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