Interrogating the Complex Roles and Regulation of Vibrio cholerae Seventh Pandemic Islands.
저자
발행사항
Ann Arbor : ProQuest Dissertations & Theses, 2022
학위수여대학
Tufts University-Graduate School of Biomedical Sciences Molecular Microbiology
수여연도
2022
작성언어
영어
주제어
학위
Ph.D.
페이지수
132 p.
지도교수/심사위원
Advisor: Ng, Wai-Leung.
The current circulating pandemic El Tor biotype of Vibrio cholerae has persisted for over sixty years and is characterized by its acquisition of two unique genomic islands called the Vibrio Seventh Pandemic Islands 1 and 2 (VSP-I and VSP-II). However, the functions of most of the genes on VSP-I and VSP-II are unknown and the advantages realized by El Tor through these two islands are not clear. Recent studies have broadly implicated these two mobile genetic elements with bacteriophage (phage) defense. Still, protection against phage infection through these islands has not been observed directly in any V. cholerae El Tor biotype.In chapter 2 of this thesis I report the isolation of a circulating phage from a cholera patient stool sample and demonstrate that propagation of this phage in its native host is inhibited by elements in both VSP-I and VSP-II, providing direct evidence for the role of these genomic islands in phage defense. Moreover, I show that these defense systems are regulated by quorum sensing and active only at certain cell densities. Finally, I have isolated a naturally occurring phage variant that is resistant to the defense conferred by the VSP islands, illustrating the countermeasures used by phages to evade these defense mechanisms. Together, this work demonstrates a functional role for the VSPs in V. cholerae and highlights the key regulatory and mechanistic insights that can be gained by studying anti-phage systems in their native contexts.In chapter 3 of this thesis I investigate the functions of the hybrid second messenger molecule cyclic-GMP-AMP (cGAMP). Although cGAMP was first shown to be synthesized by the DncV enzyme encoded within VSP-I, the physiological role of cGAMP in V. cholerae is unclear. In this study I test the phenotypes and regulation proposed in disparate literature to gain a more complete perspective on the exact role of cGAMP in V. cholerae biology. My studies show that previous suppositions about the function of cGAMP may have been skewed by the inherent toxicity when cGAMP is over-produced. Moreover, I find no evidence of the prominent role of phage defense by cGAMP in V. cholerae. Instead, I have uncovered that V. cholerae uses both transcriptional and post-translational regulation to control cellular cGAMP levels. Although the exact physiological role cGAMP plays in V. cholerae is yet unknown, by highlighting the multiple layers of regulation of the cGAMP second messenger system, we gain a stronger understanding of its specific role in phage defense and how this important and universal signal is regulated inside the cell.Taken together, the work in this thesis underscores the importance of investigating anti-phage genes in their native genetic context. This has allowed me to not only discover new defense systems on the VSPs but also demonstrate the importance of their regulation.
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