Гидроксилирование свободных L-аминокислот в бактериях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат биологических наук Соколов, Павел Михайлович

• Соколов, Павел Михайлович
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Соколов, Павел Михайлович

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Актуальность проблемы.

1.2. Цели и задачи работы.

1.3. Научная новизна и практическая значимость работы.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Введение: Актуальные аспекты социального поведения бактерий.

2.1. ЦБ в онтогенезе бактериальной биопленки.

2.1.1. Механизмы и факторы связывания бактериальных клеток планктонного типа с колонизируемой поверхностью.

2.1.2. Сравнительный анализ молекулярных механизмов регуляции ЦБ.

2.1.3. Роль ЦБ в регуляции вирулентности патогенных бактерий.

2.1.4. Система ЦБ как мишень для антибактериальной терапии.

2.1.5. Дезинтеграция биопленки как заключительный этап ее эволюции.

2.2. ЦБ и взаимодействие бактерий с их биологическими векторами.

2.2.1. Биолюминесценция как сигнал к "эвакуации" у морских бактерий.

2.2.2. Механизмы привлечения биологических векторов фитопатогенными растениями.

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

3.1. Бактериальные штаммы и плазмиды.

3.2. Среды и условия культивирования штаммов.

3.3. Генно-инженерные методики.

3.3.1. Проведение ПЦР.

3.3.2. Проведение Независимой интеграции линейных фрагментов ДНК в бактериальную хромосому.

3.4 Конструирование штаммов и плазмид.

3.4.1. Конструирование плазмид рЕТ-НТ-ЮО, рЕТ-НТ-РАА, рЕТ-НТ-МРЬ и рЕТ-НТ-60Х.

3.4.2. Конструирование плазмид рЕТ-НТ-АУ1, рЕТ-НТ-ВРЕ, рЕТ-НТ-6У1 и рЕТ-НТ-РШ.

3.4.3. Конструирование плазмиды рЦЕ801--НТ-МРи.

3.4.4. Конструирование плазмид рЕТАС-НПА и рЕТАС-НПАВ.

3.4.5. Конструирование плазмиды рЕЬАС-АУ!.

3.4.6. Конструирование штамма М61655 ДрдхВ.

3.4.7. Конструирование штамма МС1655 АрЬхВМЬгС.

3.4.8. Конструирование штамма MG1655 bpdxBhthrB.

3.5 Экспрессия и очистка рекомбинантных белков.

3.5.1. Экспрессия и очистка H¡s6-tag белков.

3.5.2. Синтез и очистка HilA.

3.6. Исследование ферментативной активности.

3.6.1 Скрининг субстратной специфичности.

3.6.2. Определение кинетических параметров реакций гидроксилирования.

3.6.3. Определение специфической активности HilA и HilB в клеточных лизатах.

3.7. Определение структуры гидроксилированных L-аминокислот.

3.7.1. Биосинтез и частичная очистка 4-гидроксилейцина.

3.7.2. Биосинтез и частичная очистка сульфоксида L-метионина.

3.7.3. Биосинтез и частичная очистка L-4-гидрокситреонина.

3.7.4. Биосинтез и частичная очистка L-4-гидроксивалина.

3.7.5. Биотрансформация L-изолейцина в 4'-гидроксиизолейцин (4'-HIL) и 4,4'дигидрокси изолейци н (4,4'-DIНIL).

3.7.6. Биосинтез и частичная очистка 4'-HIL.

3.7.7. Биосинтез и частичная очистка 4', 4-DIHIL.

3.7.8. ВЭЖХ и ТСХ анализ гидроксилированных L-аминокислот.

3.7.9. ВЭЖХ-МС-анализ, ЭСИ-МС-анализ и ЯМР спектроскопия гидроксилированных L-аминокислот.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.

4.1. Эвристический поиск вероятных Ре(И)/а-кетоглутарат-зависимых диоксигеназ свободных L-аминокислот среди белков Pfam семейства PF10014.

4.2. Клонирование генов-кандидатов, их экспрессия в Е. coli и очистка соответствующих рекомбинантных белков.

4.3. Определение субстратной специфичности гомологов IDO.

4.4. Определение кинетических параметров ферментативных реакций, катализируемых гомологами IDO.

4.5. Гидроксилирование L-треонина в бактериях как альтернативный путь биосинтеза витамина В6.

4.6. Уникальный окислительный каскад из Pantoea ananatis AJ13355.

4.7. Перспективы дальнейших исследований гидроксилирования свободных L-аминокислот: гипотезы о его физиологической роли в бактериях.

5. ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидроксилирование свободных L-аминокислот в бактериях»

1.1. Актуальность проблемы.

Среди многочисленных природных источников биологически активных молекул, царство бактерий занимают особое место. Вторичный метаболизм этих вездесущих обитателей нашей планеты является практически неиссякаемым источником новых химических соединений, находящих широкое применение в органической химии, агрохимии и медицине. Являясь "системообразующими элементами" сложных биоценозов, бактерии обладают индивидуальным паттерном взаимодействия с окружающим биотическим компонентом посредством синтеза и передачи "химических эффекторов", конечными акцепторами которых являются как про- так и эукариотические клетки. Именно среди таких "эффекторных" вторичных метаболитов бактерий были найдены разнообразные антибиотики (включая фунгициды и инсектициды), иммунодепрессанты, антиоксиданты, противоопухолевые цитостатики и антидиабетические препараты [1,2].

В отличие от биологически активных веществ растений, единственным способом промышленного производства которых в большинстве случаев является их экстракция с последующей дорогостоящей очисткой, аналогичные соединения бактериального происхождения могут быть эффективно синтезированы с помощью современных методов генной/метаболической инженерии непосредственно в клетках бактерии-источника и/или других микроорганизмов, широко используемых в биотехнологии: Е. coli, В. subtilis, С. glutamicum [3-7].

Одним из примеров такой биотехнологической "редукции" является создание штамма Е. coli, способного к эффективной биотрансформации L-изолейцина в 4-гидроксиизолейцин (4-HIL) [8]. 4-HIL является биологически активным веществом растительного происхождения, которое обладает свойствами регулятора синтеза глюкозы в адипоцитах, секретагога и сенсибилизатора действия инсулина, а также, инсулиномиметика [9-11]. 4

Ключевым этапом данной работы было клонирование гена Ь-изолейцин-4-гидроксилазы (IDO) из природного изолята Bacillus thwingiensis [12]. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что в отличие от фенугрека (Trigonella foemun-graecum L.), клетки которого накапливают 4-HIL, в Bacillus thwingiensis 4-H1L является промежуточным соединением в синтезе вторичного метаболита 2-амино-4-кето-З-метил-пентановой кислоты (АМКП), проявляющей свойства антибиотика[13, 14].

IDO относится к Pfam-семейству белков BsmA (PF 10014), названному так по охарактеризованному фактору формирования биопленок и стрессоустойчивости из Е. coli BsmA [15]. К семейству BsmA принадлежит около 200 известных гомологов IDO (в диапазоне изменения величины Е (параметр

179

BLAST) от 7x10" до 1), которые распространены среди бактерий, занимающих разные экологических ниши и обладающих различными типами метаболизма: от метилотрофных морских анаэробных бактерий, до агрохимически значимых фитопатогенов. Этот факт позволил нам предположить, что диоксигеназы семейства BsmA обладают не менее широким диапазоном регио/субстратной специфичности, включая способность гидроксилировать свободные канонические L-аминокислоты.

Актуальность проблемы поиска новых гидроксилаз свободных L-аминокислот определяется следующими основными факторами.

Во-первых, учитывая уникальные свойства 4-HIL, можно предположить, что и другие гидроксилированные L-аминокислоты могут проявлять агрохимически значимую антибиотическую активность и/или обладать уникальными фармакологическими свойствами.

Во-вторых, гидроксилированные по метальным и метиленовым группам свободные L-аминокислоты могут быть использованы в тонкой химической технологии/нанотехнологии в качестве новых биогенных синтонов для органического синтеза [16].

В-третьих, предложенная нами ранее биотехнология гидроксилирования Ь-изолейцина методом динамической биотрансформации, позволяет существенно упростить синтез целевых продуктов при наличии соответствующих Ре(П)/а-кетоглутарат-зависимых диоксигеназ [8]. Таким образом, любая новая диоксигеназа, синтезирующая новую, биологически активную гидроксилированную аминокислоту, может быть непосредственно использована для ее промышленного синтеза с помощью указанного выше метода.

И, наконец, учитывая, что 65-85% патогенных микроорганизмов образуют устойчивые биопленки резистентные ко многим антибактериальным препаратам и/или физическим факторам воздействия, представляется актуальным поиск новых биогенных "факторов разрушения" этих опасных бактериальных агломератов. Кроме того, изучение белков, участвующих в работе биоценотической сигнальной и/или эффекторной цепи, может привести к неожиданным открытиям и гипотезам в области молекулярной биологии взаимодействия между разными биологическими доменами: например, бактериями и растениями, или бактериями и насекомыми [17].

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Соколов, Павел Михайлович

5. ВЫВОДЫ.

Пять новых функциональных групп Ре(П)/а-кетоглутарат-зависимых диоксигеназ свободных L-аминокислот были выделены in silico из не охарактеризованного семейства белков PF10014.

2. На основе экспериментального изучения 8 представителей семейства PF10014: IDO из Bacillus thuringiensis (группа 1); AVI из Agrobacterium vitis S4 и ВРЕ из Bordetella petrii DSM 12804 (группа 3); NPU из Nos to с punctiforme РСС 73102 (группа 4); GOX из Gluconobacter oxydans 621Н и MFL из Methylobacillus ßagellatus KT (группа 6) установлено следующее групповое распределение субстратной специфичности (в порядке следования групп): 1) Ь-изолейцин-4-гидроксилазы, 3) Е-треонин-4-гидроксилазы, 4) Ь-лейцин-5-гидроксилазы, 6) L-лейцин-4-гидроксилазы.

3. С помощью аналитических методов, с привлечением масс-спектрометрии и ЯМР, установлена структура гидроксилированных продуктов реакций с ферментами из каждой группы (в порядке следования групп): 1) L-4-гидроксиизолейцин, 3) L-4-гидрокситреонин, 4) L-5-гидроксилейцин, 6) L-4-гидроксилейцин.

4. На основании данных экспериментов по комплиментации ауксотрофии штамма Е. coli (ApdxB) по витамину Вб, был обнаружен новый, эритрозо-4-фосфат-независимый путь биосинтеза В6 в клетках бактерий, ключевой реакцией которого является C-4-гидроксилирование L-треонина.

5. В геномах фитопатогенных бактерий, относящихся к родам Pantoea, Pseudomonas, и Rahnella были обнаружены новые Ре(П)/а-кетоглутарат-зависимые диоксигеназы: Ь-изолейцин-4'-гидроксилаза HilA, принадлежащая к не охарактеризованному семейству PF13640 и Ь-4'-гидроксиизолейцин-4-гидроксилаза HilB, отнесенная нами ко второй функциональной группе семейства PF10014.

6. Показано, что in vivo, HilA и HilB образуют уникальный гидроксилирующий каскад, в результате которого происходит последовательное гидроксилирование L-изолейцина по С-4' и С-4 положениям. Определена структура двух новых биогенных гидроксилированных L-аминокислот: L-4'-гидроксиизолейцина и L-4' ,4-дигидроксиизолейцина.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Соколов, Павел Михайлович, 2012 год

1. Strobel, G. and В. Daisy, Bioprospecting for Microbial Endophytes and Their Natural Products. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2003. 67(4): p. 491-502.

2. Uzair, В., et al., Exploring Marine Cyanobacteria for Lead Compounds of Pharmaceutical Importance. The Scientific World Journal, 2012. 2012: p. 10.

3. Adkins, J., et al., Engineering Microbial Chemical Factories to Produce Renewable 'Biomonomers'. Frontiers in Microbiology, 2012. 3.

4. Jiang, M., G. Stephanopoulos, and B. Pfeifer, Downstream reactions and engineering in the microbially reconstituted pathway for Taxol. Appl Microbiol Biotechnol, 2012. 94(4): p. 841-849.

5. Xu, P., N. Bhan, and M.A.G. Koffas, Engineering plant metabolism into microbes: from systems biology to synthetic biology. Current Opinion in Biotechnology, (0).

6. Yang, F. and Y. Cao, Biosynthesis of phloroglucinol compounds in microorganisms—review. Appl Microbiol Biotechnol, 2012. 93(2): p. 487-495.

7. Ye, V.M. and S.K. Bhatia, Metabolic engineering for the production of clinically important molecules: Omega-3 fatty acids, artemisinin, and taxol. Biotechnology Journal, 2012. 7(1): p. 20-33.

8. Smirnov, S.V., et al., Metabolic engineering of Escherichia coli to produce (2S, 3R, 4S)-4-hydroxyisoleucine. Appl Microbiol Biotechnol, 2010. 88(3): p. 719-26.

9. Broca, C., et al., 4-Hydroxyisoleucine: effects of synthetic and natural analogues on insulin secretion. Eur J Pharmacol, 2000. 390(3): p. 339-45.

10. Jaiswal, N., et al., 4-Hydroxyisoleucine stimulates glucose uptake by increasing surface GLUT4 level in skeletal muscle cells viaphosphatidylinositol-3-kinase-dependent pathway. European Journal of Nutrition, 2012. 51(7): p. 893-898.

11. Jette, L., et al., 4-Hydroxyisoleucine: a plant-derived treatment for metabolic syndrome. Curr Opin Investig Drugs, 2009.10(4): p. 353-8.

12. Kodera, T., et al., A novel l-isoleucine hydroxylating enzyme, l-isoleucine dioxygenase from Bacillus thuringiensis, produces (2S,3R,4S)-4-hydroxyisoleucine. Biochem Biophys Res Commun, 2009. 390(3): p. 506-10.

13. Ogawa, J., et al., A novel L-isoleucine metabolism in Bacillus thuringiensis generating (2S,3R,4S)-4-hydroxyisoleucine, a potential insulinotropic and anti-obesity amino acid. Appl Microbiol Biotechnol, 2011. 89(6): p. 1929-38.

14. Perlman, D., et al., Microbial production of vitamin B12 antimetabolites. I. N5-hydroxy-L-arginine from Bacillus cereus 439. J Antibiot (Tokyo), 1974. 27(11): p. 826-32.

15. Weber, M.M., et al., A previously uncharacterized gene, yjfO (bsmA), influences Escherichia coli biofilm formation and stress response. Microbiology, 2010. 156(1): p. 139-147.

16. Blaskovich, M.A., et al., Chemlnform Abstract: Stereoselective Synthesis of threo and eiythro ¿-Hydroxy and y3-Disubstituted-fi-hydroxy a-Amino Acids. Chemlnform, 1998. 29(45): p. no-no.

17. Hartmann, A. and A. Schikora, Quorum Sensing of Bacteria and Trans-Kingdom Interactions of N-Acyl Homoserine Lactones with Eukaryotes. J Chem Ecol, 2012.

18. Tomasz, A., Control of the competent state in Pneumococcus by a hormone-like cell product: an example for a new type of regulatory mechanism in bacteria. Nature, 1965. 208(5006): p. 155-9.

19. Eberhard, A., et al., Structural identification of autoinducer of Photobacterium fischeri luciferase. Biochemistry, 1981. 20(9): p. 2444-9.

20. Nealson, K.H., T. Piatt, and J.W. Hastings, Cellular control of the synthesis and activity of the bacterial luminescent system. J Bacteriol, 1970.104(1): p. 313-22.

21. Fuqua, C., M.R. Parsek, and E.P. Greenberg, Regulation of gene expression by cell-to-cell communication: acyl-homoserine lactone quorum sensing. Annu Rev Genet, 2001.35: p. 439-68.

22. Berk, V., et al., Molecular architecture and assembly principles of Vibrio cholerae biofilms. Science, 2012. 337(6091): p. 236-9.

23. Costerton, J.W., et al., Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol, 1995. 49: p. 71145.

24. Davey, M.E. and A. O'Toole G, Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol Mol Biol Rev, 2000. 64(4): p. 847-67.

25. Irie, Y. and M.R. Parsek, Quorum sensing and microbial biofilms. Curr Top Microbiol Immunol, 2008. 322: p. 67-84.

26. Jayaraman, A. and T.K. Wood, Bacterial quorum sensing: signals, circuits, and implications for biofilms and disease. Annu Rev Biomed Eng, 2008. 10: p. 14567.

27. Lazar, V., Quorum sensing in biofilms — How to destroy the bacterial citadels or their cohesion/power? Anaerobe, 2011.17(6): p. 280-285.

28. Li, Y.H. and X. Tian, Quorum sensing and bacterial social interactions in biofilms. Sensors (Basel), 2012.12(3): p. 2519-38.

29. Peter, H., et al., Multifunctionality and Diversity in Bacterial Biofilms. PLoS One, 2011.6(8): p. e23225.

30. P., W.R., Prevention and control of nosocomial infections. 3rd ed. Baltimore: Williams and Wilkins. 1997: p. 807-819.

31. M, P., Pseudomonas aeruginosa. Principles and practice of infectious diseases. 4th ed. New York: Churchill Livingstone1995: p. 1980-2003.

32. J., K., Surgical infections including burns. . Wenzel RP, editor. Prevention and control of nosocomial infections. 3rd ed. Baltimore: Williams and Wilkins, 1997: p. 841-865.

33. Gordon, S.M., et al., Secular trends in nosocomial bloodstream infections in a 55-bed cardiothoracic intensive care unit. Ann Thorac Surg, 1998. 65(1): p. 95100.

34. Bergen, G.A. and J.H. Shelhamer, Pulmonary infiltrates in the cancer patient. New approaches to an old problem. Infect Dis Clin North Am, 1996. 10(2): p. 297-325.

35. Fergie, J.E., et al., Pseudomonas aeruginosa bacteremia in immunocompromised children: analysis of factors associated with a poor outcome. Clin Infect Dis, 1994. 18(3): p. 390-4.

36. Mendelson, M.H., et al., Pseudomonas aeruginosa bacteremia in patients with AIDS. Clin Infect Dis, 1994.18(6): p. 886-95.

37. Lam, J.S., et al., Production and characterization of monoclonal antibodies, against serotype strains of Pseudomonas aeruginosa. Infect Immun, 1987. 55(5): p. 1051-7.

38. Leid, J.G., et al., The exopolysaccharide alginate protects Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria from IFN-gamma-mediated macrophage killing. J Immunol, 2005.175(11): p. 7512-8.

39. Fux, C.A., et al., Survival strategies of infectious biofihns. Trends Microbiol, 2005.13(1): p. 34-40.

40. Obst, U., T. Schwartz, and H. Volkmann, Antibiotic resistant pathogenic bacteria and their resistance genes in bacterial biofilms. Int J Artif Organs, 2006. 29(4): p. 387-94.

41. Schwartz, T., et al., Detection of antibiotic-resistant bacteria and their resistance genes in wastewater, surface water, and drinking water biofilms. FEMS Microbiol Ecol, 2003. 43(3): p. 325-35.

42. Frei, E., et al., Microbial pathogenesis of bacterial biofilms: a causative factor of vascular surgical site infection. Vase Endovascular Surg, 2011. 45(8): p. 688-96.

43. Fux, C.A., et al., Bacterial biofilms: a diagnostic and therapeutic challenge. Expert Rev Anti Infect Ther, 2003.1(4): p. 667-83.

44. Huang, R., M. Li, and R.L. Gregory, Bacterial interactions in dental biofilm. Virulence, 2011. 2(5): p. 435-444.

45. Macfarlane, S. and J.F. Dillon, Microbial biofilms in the human gastrointestinal tract. J Appl Microbiol, 2007.102(5): p. 1187-96.

46. Marsh, P.D., Are dental diseases examples of ecological catastrophes? : Microbiology. 2003 Feb;149(Pt 2):279-94.

47. Sedghizadeh, P.P., et al., Microbial biofilms in osteomyelitis of the jaw and osteonecrosis of the jaw secondary to bisphosphonate therapy. J Am Dent Assoc, 2009.140(10): p. 1259-65.

48. Wolcott, R.D., J.J. Wolcott, and C.P.a.S. Rodriguez, A Possible Role of Bacterial Biofilm in the Pathogenesis of Atherosclerosis. J Bacterid Parasitol, 2012. 3(127).

49. Donlan, R., Biofilms on central venous catheters: is eradication possible? Curr Top Microbiol Immunol, 2008. 322: p. 133 161.

50. Donlan, R., Biofilm elimination on intravascular catheters: important considerations for the infectious disease practitioner. Clin Infect Dis, 2011. 52: p. 1038 1045.

51. Dwyer, A., Surface-treated catheters-a review. Semin Dial, 2008. 21: p. 542 -546.

52. Annous, B.A., P.M. Fratamico, and J.L. Smith, Scientific Status Summary. Journal of Food Science, 2009. 74(1): p. R24-R37.

53. Danhorn, T. and C. Fuqua, Biofilm formation by plant-associated bacteria. Annu Rev Microbiol, 2007. 61: p. 401-22.

54. Baldotto, L.E. and F.L. Olivares, Phylloepiphytic interaction between bacteria and different plant species in a tropical agricultural system. Can J Microbiol, 2008.54(11): p. 918-31.

55. Lindow, S.E. and M.T. Brandl, Microbiology of the Phyllosphere. Appl Environ Microbiol, 2003. 69(4): p. 1875-1883.

56. Meyer, K.M. and J.H. Leveau, Microbiology of the phyllosphere: a playground for testing ecological concepts. Oecologia, 2012.168(3): p. 621-9.

57. Whipps, J.M., et al., Phyllosphere microbiology with special reference to diversity and plant genotype. J Appl Microbiol, 2008.105(6): p. 1744-1755.

58. Rinaudi, L.V. and W. Giordano, An integrated view of biofllm formation in rhizobia. FEMS Microbiol Lett, 2010. 304(1): p. 1-11.

59. Timmusk, S. and E. Nevo, Plant Root Associated Biofilms: Perspectives for Natural Product Mining, in Bacteria in Agrobiology: Plant Nutrient Management, D.K. Maheshwari, Editor. 2011, Springer Berlin Heidelberg, p. 285-300.

60. Raaijmakers, J.M. and M. Mazzola, Diversity and natural functions of antibiotics produced by beneficial and plant pathogenic bacteria. Annu Rev Phytopathol, 2012. 50: p. 403-24.

61. Anderl, J., M. Franklin, and P. Stewart, Role of antibiotic penetration limitation in Klebsiella pneumoniae biofllm resistance to ampicillin and ciprofloxacin. Antimicrob Agents Chemother, 2000. 44: p. 1818 1824.

62. Bordi, C. and S. de Bentzmann, Hacking into bacterial biofilms: a new therapeutic challenge. Annals of Intensive Care, 2011.1(1): p. 19.

63. Estrela, A., M. Heck, and W. Abraham, Novel approaches to control biofllm infections. Curr Med Chem, 2009.16: p. 1512 1530.

64. Conrad, Jacinta C., et al., Flagella and Pili-Mediated Near-Surface Single-Cell Motility Mechanisms in P. aeruginosa. Biophysical Journal, 2011.100(7): p. 1608-1616.

65. Karatan, E. and P. Watnick, Signals, regulatory networks, and materials that build and break bacterial biofilms. Microbiol Mol Biol Rev, 2009. 73(2): p. 31047.

66. Gerlach, R.G. and M. Hensel, Protein secretion systems and adhesins: The molecular armory of Gram-negative pathogens. International Journal of Medical Microbiology, 2007. 297(6): p. 401-415.

67. Lim, Y., et al., Control of glucose- and NaCl-induced biofilm formation by rbfin Staphylococcus aureus. J Bacteriol, 2004.186(3): p. 722-9.

68. Shemesh, M., A. Tarn, and D. Steinberg, Expression of biofilm-associated genes of Streptococcus mutans in response to glucose and sucrose. J Med Microbiol, 2007. 56(Pt 11): p. 1528-35.

69. Monds, R.D., et al., Phosphate-dependent modulation of c-di-GMP levels regulates Pseudomonas fluorescens Pf0-1 biofilm formation by controlling secretion of the adhesin LapA. Mol Microbiol, 2007. 63(3): p. 656-79.

70. Monds, R.D., M.W. Silby, and H.K. Mahanty, Expression of the Pho regulon negatively regulates biofilm formation by Pseudomonas aureofaciens PA147-2. Mol Microbiol, 2001. 42(2): p. 415-26.

71. Miethke, M. and M.A. Marahiel, Siderophore-based iron acquisition and pathogen control. Microbiol Mol Biol Rev, 2007. 71(3): p. 413-51.

72. Singh, P.K., et al., A component of innate immunity prevents bacterial biofilm development. Nature, 2002. 417(6888): p. 552-5.

73. Galloway, W.R., et al., Quorum sensing in Gram-negative bacteria: small-molecule modulation ofAHL and AI-2 quorum sensing pathways. Chem Rev, 2011.111(1): p. 28-67.

74. Boyer, M. and F. Wisniewski-Dye, Cell-cell signalling in bacteria: not simply a matter of quorum. FEMS Microbiology Ecology, 2009. 70(1): p. 1-19.

75. Atkinson, S. and P. Williams, Quorum sensing and social networking in the microbial world. J R Soc Interface, 2009. 6(40): p. 959-78.

76. Bassler, B.L. and R. Losick, Bacterially speaking. Cell, 2006.125(2): p. 237-46.

77. Novick, R.P. and E. Geisinger, Quorum sensing in staphylococci. Annu Rev Genet, 2008.42: p. 541-64.

78. George, E.A. and T.W. Muir, Molecular mechanisms of agr quorum sensing in virulent staphylococci. Chembiochem, 2007. 8(8): p. 847-55.

79. Gov, Y., et al., Quorum sensing in Staphylococci is regulated via phosphorylation of three consen'ed histidine residues. J Biol Chem, 2004. 279(15): p. 14665-72.

80. Nadal Jimenez, P., et al., The Multiple Signaling Systems Regulating Virulence in Pseudomonas aeruginosa. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2012. 76(1): p. 46-65.

81. Hong, K.W., et al., Quorum quenching revisited—from signal decays to signalling confusion. Sensors (Basel), 2012.12(4): p. 4661-96.

82. Kiran, S., et al., Enzymatic quorum quenching increases antibiotic susceptibility of multidrug resistant Pseudomonas aeruginosa. Iran J Microbiol, 2011. 3(1): p. 1-12.

83. Romero, M., L. Acuna, and A. Otero, Patents on quorum quenching: interfering with bacterial communication as a strategy to fight infections. Recent Pat Biotechnol, 2012. 6(1): p. 2-12.

84. Flavier, A.B., et al., Identification of 3-hydroxypalmitic acid methyl ester as a novel autoregulator controlling virulence in Ralstonia solanacearum. Mol Microbiol, 1997. 26(2): p. 251-9.

85. Flavier, A.B., et al., Hierarchical autoinduction in Ralstonia solanacearum: control of acyl-homoserine lactone production by a novel autoregulatory system responsive to 3-hydroxypalmitic acid methyl ester. J Bacterid, 1997. 179(22): p. 7089-97.

86. Pereira, C.S., J.A. Thompson, and K.B. Xavier, AI-2-mediated signalling in bacteria. FEMS Microbiol Rev, 2012.

87. Williams, J.W., A.L. Ritter, and A.M. Stevens, CsrA modulates luxR transcript levels in Vibrio fischeri. FEMS Microbiol Lett, 2012. 329(1): p. 28-35.

88. Ray, V.A. and K.L. Visick, LuxU connects quorum sensing to biofilm formation in Vibrio fischeri. Mol Microbiol, 2012.

89. Piletska, E.V., et al., Attenuation of Vibrio fischeri quorum sensing using rationally designed polymers. Biomacromolecules, 2010. 11(4): p. 975-80.

90. Roux, A., S.M. Payne, and M.S. Gilmore, Microbial telesensing: probing the environment for friends, foes, and food. Cell Host Microbe, 2009. 6(2): p. 115-24.

91. Bowden, M.G., et al., Identification and preliminary characterization of cell-wall-anchored proteins of Staphylococcus epidermidis. Microbiology, 2005. 151(Pt 5): p. 1453-64.

92. Yao, Y., et al., Characterization of the Staphylococcus epidermidis accessory-gene regulator response: quorum-sensing regulation of resistance to human innate host defense. J Infect Dis, 2006.193(6): p. 841-8.

93. Stover, C.K., et al., Complete genome sequence of Pseudomonas aeruginosa PAOl, an opportunistic pathogen. Nature, 2000. 406(6799): p. 959-64.

94. Galan-Vasquez, E., B. Luna, and A. Martinez-Antonio, The Regulatory Network of Pseudomonas aeruginosa. Microb Inform Exp, 2011.1(1): p. 2042-5783.

95. Schuster, M. and E.P. Greenberg, A network of networks: quorum-sensing gene regulation in Pseudomonas aeruginosa. Int J Med Microbiol, 2006. 296(2-3): p. 73-81.

96. Davies, D.G., et al., The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm. Science, 1998. 280(5361): p. 295-8.

97. DiMango, E., et al., Diverse Pseudomonas aeruginosa gene products stimulate respiratoty epithelial cells to produce interleukin-8. J Clin Invest, 1995. 96(5): p. 2204-10.

98. Skindersoe, M.E., et al., Pseudomonas aeruginosa quorum-sensing signal molecules interfere with dendritic cell-induced T-cell proliferation. FEMS Immunol Med Microbiol, 2009. 55(3): p. 335-45.

99. Smith, R.S., et al., The Pseudomonas aeruginosa quorum-sensing molecule N-(3-oxododecanoyljhomoserine lactone contributes to virulence and induces inflammation in vivo. J Bacterid, 2002. 184(4): p. 1132-9.

100. De Kievit, T.R., et al., Quorum-sensing genes in Pseudomonas aeruginosa biofilms: their role and expression patterns. Appl Environ Microbiol, 2001. 67(4): p. 1865-73.

101. Hamel, L.P. and N. Beaudoin, Chitooligosaccharide sensing and downstream signaling: contrasted outcomes in pathogenic and beneficial plant-microbe interactions. Planta, 2010. 232(4): p. 787-806.

102. Tomlinson, A.D. and C. Fuqua, Mechanisms and regulation of polar surface attachment in Agrobacterium tumefaciens. Curr Opin Microbiol, 2009.12(6): p. 708-14.

103. Rodríguez-Navarro, D.N., M.S. Dardanelli, and J.E. Ruiz-Sainz, Attachment of bacteria to the roots of higher plants. FEMS Microbiol Lett, 2007. 272(2): p. 127-36.

104. Von Bodman, S.B., W.D. Bauer, and D.L. Coplin, Quorum sensing in plant-pathogenic bacteria. Annu Rev Phytopathol, 2003. 41: p. 455-82.

105. Geske, G.D., J.C. O'Neill, and H.E. Blackwell, Expanding dialogues: from natural autoinducers to non-natural analogues that modulate quorum sensing in Gram-negative bacteria. Chem Soc Rev, 2008. 37(7): p. 1432-47.

106. Harder, T., et al., Chemical mediation of ternary interactions between marine holobionts and their environment as exemplified by the red alga Delisea pulchra. J Chem Ecol, 2012. 38(5): p. 442-50.

107. Manefield, M., et al., Evidence that halogenated furanones from Delisea pulchra inhibit acylated homoserine lactone (AHL)-mediated gene expression by displacing the AHL signal from its receptor protein. Microbiology, 1999.145(Pt 2): p. 283-91.

108. Maneñeld, M., et al., Halogenated furanones from the red alga, Delisea pulchra, inhibit carbapenem antibiotic synthesis and exoenzyme virulence factorproduction in the phytopathogen Erwinia carotovora. FEMS Microbiol Lett, 2001.205(1): p. 131-8.

109. Girennavar, B., et al., Grapefruit juice and its furocoumarins inhibits autoinducer signaling and biofilm formation in bacteria. Int J Food Microbiol, 2008. 125(2): p. 204-8.

110. Rasmussen, T.B., et al., Identity and effects of quorum-sensing inhibitors produced by Penicillium species. Microbiology, 2005.151(Pt 5): p. 1325-40.

111. Kaplan, J.B., Biofilm dispersal: mechanisms, clinical implications, and potential therapeutic uses. J Dent Res, 2010. 89(3): p. 205-18.

112. Gjermansen, M., et al., Characterization of stan>ation-induced dispersion in Pseudomonas putida biofilms: genetic elements and molecular mechanisms. Mol Microbiol, 2010. 75(4): p. 815-26.

113. Gjermansen, M., et al., Characterization of starvation-induced dispersion in Pseudomonas putida biofilms. Environ Microbiol, 2005. 7(6): p. 894-906.

114. Sauer, K., et al., Characterization of nutrient-induced dispersion in Pseudomonas aeruginosa PAOl biofilm. J Bacteriol, 2004.186(21): p. 7312-26.

115. Boles, B.R. and A.R. Horswill, Agr-mediated dispersal of Staphylococcus aureus biofilms. PLoS Pathog, 2008. 4(4).

116. Liu, Z., F.R. Stirling, and J. Zhu, Temporal quorum-sensing induction regulates Vibrio cholerae biofilm architecture. Infect Immun, 2007. 75(1): p. 122-6.

117. Haddock, S.H., M.A. Moline, and J.F. Case, Bioluminescence in the sea. Ann Rev Mar Sei, 2010. 2: p. 443-93.

118. Widder, E.A., Bioluminescence in the ocean: origins of biological, chemical, and ecological diversity. Science, 2010. 328(5979): p. 704-8.

119. Visick, K.L. and E.G. Ruby, Vibrio fischeri and its host: it takes two to tango. Curr Opin Microbiol, 2006. 9(6): p. 632-8.

120. Makemson, J.C. and G.V. Hermosa, Jr., Luminous bacteria cultured from fish guts in the Gulf of Oman. Luminescence, 1999.14(3): p. 161-8.

121. O'Brien C, H. and R.K. Sizemore, Distribution of the Luminous Bacterium Beneckea harveyi in a Semitropical Estuarine Environment. Appl Environ Microbiol, 1979. 38(5): p. 928-33.

122. Ruby, E.G. and J.G. Morin, Luminous enteric bacteria of marine fishes: a study of their distribution, densities, and dispersion. Appl Environ Microbiol, 1979. 38(3): p. 406-11.

123. Zarubin, M., et al., Bacterial bioluminescence as a lure for marine zooplankton and fish. Proc Natl Acad Sci USA, 2012.109(3): p. 853-7.

124. Mayer, C.J., A. Vilcinskas, and J. Gross, Phytopathogen lures its insect vector by altering host plant odor. J Chem Ecol, 2008. 34(8): p. 1045-9.

125. Mauck, K.E., C.M. De Moraes, and M.C. Mescher, Deceptive chemical signals induced by a plant virus attract insect vectors to inferior hosts. Proc Natl Acad Sci USA, 2010.107(8): p. 3600-5.

126. Sugio, A., et al., Phytoplasma protein effector SAP 11 enhances insect vector reproduction by manipulating plant development and defense hormone biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011.

127. Katashkina Zh, I., et al., Tuning of expression level of the genes of interest located in the bacterial chromosome. Mol Biol (Mosk), 2005. 39(5): p. 823-31.

128. Datsenko, K.A. and B.L. Wanner, One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sei USA, 2000. 97(12): p. 6640-5.

129. Luo, L., et al., An assay for Fe(II)/2-oxoglutarate-dependent dioxygenases by enzyme-coupled detection of succinate formation. Anal Biochem, 2006. 353(1): p. 69-74.

130. Altschul, S.F., et al., Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res, 1997. 25(17): p. 33893402.

131. Finn, R.D., J. Clements, and S.R. Eddy, HMMER web server: interactive sequence similarity searching. Nucleic Acids Research, 2011. 39(suppl 2): p. W29-W37.

132. Dehal, P.S., et al., MicrobesOnline: an integrated portal for comparative and functional genomics. Nucleic Acids Res, 2009.

133. Perlman, D., et al., Microbial production of vitamin B12 antimetabolites: II. 2-Amino-4-keto-3-methylpentanoic acids from bacillus cereus 439. Bioorg Chem, 1977. 6(3): p. 263-271.

134. Livshits, V.A., et al., Identification and characterization of the new gene rhtA involved in threonine and homoserine efflux in Escherichia coli. Res Microbiol, 2003.154(2): p. 123-135.

135. Schell, M. A., Molecular biology of the LysR family of transcriptional regulators. Annu Rev Microbiol, 1993. 47: p. 597-626.

136. Kutukova, E.A., et al., TheyeaS (leuE) gene of Escherichia coli encodes an exporter of leucine, and the Lrp protein regulates its expression. FEBS Lett, 2005. 579(21): p. 4629-4634.

137. Becker, J.E., R.E. Moore, and B.S. Moore, Cloning, sequencing, and biochemical characterization of the nostocyclopeptide biosynthetic gene cluster: molecular basis for inline macrocyclization. Gene, 2004. 325(0): p. 35-42.

138. Hara, Y., et al., The complete genome sequence of Pantoea ananatis AJ13355, an organism with great biotechnologicalpotential. Appl Microbiol Biotechnol, 2011.

139. Deppenmeier, U. and A. Ehrenreich, Physiology of acetic acid bacteria in light of the genome sequence of Gluconobacter oxydans. J Mol Microbiol Biotechnol, 2009.16(1-2): p. 69-80.

140. Chistoserdova, L., et al., Genome of Methylobacillus flagellatus, molecular basis for obligate methylotrophy, andpolyphyletic origin of methylotrophy. J Bacteriol, 2007.189(11): p. 4020-7.

141. Hibi, M., et al., Characterization of Bacillus thuringiensis L-isoleucine dioxygenase for production of useful amino acids. Appl Environ Microbiol, 2011. 77(19): p. 6926-30.

142. Fitzpatrick, T.B., et al., Two independent routes of de novo vitamin B6 biosynthesis: not that different after all. Biochem J, 2007. 407(1): p. 1-13.

143. Kim, J., et al., Three serendipitous pathways in E. coli can bypass a block in pyridoxal-5prime.-phosphate synthesis. Mol Syst Biol, 2010. 6.

144. Colin Slaughter, J., The naturally occurring furanones: formation and function from pheromone to food. Biol Rev Camb Philos Soc, 1999. 74(3): p. 259-76.146. de Nys, R., et al., Furanones. Prog Mol Subcell Biol, 2006. 42: p. 55-86.

145. Williams, P., et al., Look who's talking: communication and quorum sensing in the bacterial world. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 2007. 362(1483): p. 1119-34.

146. Blank, I., et al., Formation of3-Hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)-furanone (Sotolone) from 4-Hydroxy-l-isoleucine and 3-Amino-4,5-dimethyl-3,4-dihydro-2(5H)~ furanone. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996. 44(7): p. 18511856.

147. Nadarasah, G. and J. Stavrinides, Insects as alternative hosts for phytopathogenic bacteria. FEMS Microbiol Rev, 2011. 35(3): p. 555-575.

148. Dunlap, P. V., et al., Genomic polymorphism in symbiotic populations of Photobacterium leiognathi. Environ Microbiol, 2004. 6(2): p. 145-58.p)-ft