Despite many years of intense work investigating the function of nucleoid‐associated proteins in prokaryotes, their role in bacterial physiology remains largely unknown. The two‐dimensional protein patterns were compared and expression profiling was carried out on H‐NS‐deficient and wild‐type strains of Escherichia coli K‐12. The expression of approximately 5% of the genes and/or the accumulation of their protein was directly or indirectly altered in the hns mutant strain. About one‐fifth of these genes encode proteins that are involved in transcription or translation and one‐third are known to or were in silico predicted to encode cell envelope components or proteins that are usually involved in bacterial adaptation to changes in environmental conditions. The increased expression of several genes in the mutant resulted in a better ability of this strain to survive at low pH and high osmolarity than the wild‐type strain. In particular, the putative regulator, YhiX, plays a central role in the H‐NS control of genes required in the glutamate‐dependent acid stress response. These results suggest that there is a strong relationship between the H‐NS regulon and the maintenance of intracellular homeostasis.

A considerable fraction of life develops in the sea at temperatures lower than 15°C. Little is known about the adaptive features selected under those conditions. We present the analysis of the genome sequence of the fast growing Antarctica bacterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125. We find that it copes with the increased solubility of oxygen at low temperature by multiplying dioxygen scavenging while deleting whole pathways producing reactive oxygen species. Dioxygen-consuming lipid desaturases achieve both protection against oxygen and synthesis of lipids making the membrane fluid. A remarkable strategy for avoidance of reactive oxygen species generation is developed by P. haloplanktis , with elimination of the ubiquitous molybdopterin-dependent metabolism. The P. haloplanktis proteome reveals a concerted amino acid usage bias specific to psychrophiles, consistently appearing apt to accommodate asparagine, a residue prone to make proteins age. Adding to its originality, P. haloplanktis further differs from its marine counterparts with recruitment of a plasmid origin of replication for its second chromosome.

Abstract Antimicrobial resistance (AMR) develops as a major problem in infectious diseases treatment. While antibiotic resistance mechanisms are usually studied using lethal antibiotic doses, lower doses allowing bacterial growth are now considered as factors influencing the development and selection of resistance. Based on high throughput transposon insertion sequencing (TN-seq) in V. cholerae , we have undertaken the phenotypic characterization of 23 transfer RNA (tRNA) and ribosomal RNA (rRNA) modifications deletion mutants, for which growth is globally not affected in the absence of stress. We uncover a specific involvement of different RNA modification genes in the response to aminoglycosides (tobramycin (TOB), gentamicin (GEN)), fluoroquinolones (ciprofloxacin (CIP)), β-lactams (carbenicillin (CRB)), chloramphenicol (CM) and trimethoprim (TRM). Our results identify t/rRNA modification genes, not previously associated to any antibiotic resistance phenotype, as important factors affecting the bacterial response to sub-MIC antibiotics from different families. This suggests differential translation and codon decoding as critical factors involved in the bacterial response to stress.

Abstract RavA-ViaA were reported to play a role in aminoglycoside sensitivity but the mechanisms remain elusive. Here, we performed competition and survival experiments to confirm that deletion of ravA-viaA increases tolerance of the Gram-negative pathogen Vibrio cholerae to low and high aminoglycoside concentrations, during aerobic growth. Using high throughput strategies in this species, we identify Cpx and Zra2 two-component systems as new partners of RavA-ViaA. We show that the aminoglycoside tolerance of Δravvia requires the presence of these membrane stress sensing two-component systems. We propose that deletion of the RavA-ViaA function facilitates the response aminoglycosides because of a pre-activated state of Cpx and Zra2 membrane stress response systems. We also find an impact of these genes on polymyxin B sensitivity and vancomycin resistance, and we show that simultaneous inactivation of ravvia function together with envelope stress response systems leads to outer membrane permeabilization. Vancomycin is mostly used for Gram-positive because of its low efficiency for crossing the Gram-negative outer membrane. Targeting of the ravA-viaA operon for inactivation could be a future strategy to allow uptake of vancomycin into multidrug resistant Gram-negative bacteria.

Abstract Indole is a small molecule derived from tryptophan degradation and proposed to be involved in bacterial signaling. We find that indole secretion is induced by sublethal tobramycin concentrations and increases persistence to aminoglycosides in V. cholerae . Indole transcriptomics showed strongly increased expression of raiA , a ribosome associated factor. Deletion of raiA abolishes the appearance of indole dependent persisters to aminoglycosides, while its overexpression leads to 100-fold increase of persisters, and a reduction in lag phase, evocative of increased active 70S ribosome content, which was confirmed by sucrose gradient analysis. We propose that, under stress conditions, inactive 70S ribosomes are associated with RaiA to be stored and rapidly reactivated when growth conditions become favorable again, in a mechanism different than ribosome hibernation. Our results point to an active process of persistent cell formation, through ribosome protection during translational stress and relief upon antibiotic removal. Translation is a universal process, and these results could help elucidate a mechanism of persistence formation in a controlled, thus inducible way.

Abstract Ribosomal protein (RP) genes locate near the replication origin ( oriC ) in fast-growing bacteria, which is thought to have been selected as a translation optimization strategy. Relocation of S10-spc-α locus (S10), which codes for most of the RP, to ectopic genomic positions shows that its relative distance to the oriC correlates to a reduction on its dosage, its expression, and bacterial growth rate. Deep-sequencing revealed that S10 relocation altered chromosomal replication dynamics and genome-wide transcription. Such changes increased as a function of oriC -S10 distance. Strikingly, in this work we observed that protein production capacity was independent of S10 position. Since RP constitute a large proportion of cell mass, lower S10 dosage could lead to changes in macromolecular crowding, impacting cell physiology. Accordingly, cytoplasm fluidity was higher in mutants where S10 is most distant from oriC . In hyperosmotic conditions, when crowding differences are minimized, the growth rate and replication dynamics were highly alleviated in these strains. Therefore, on top of its essential function in translation, RP genomic location contributes to sustain optimal macromolecular crowding. This is a novel mechanism coordinating DNA replication with bacterial growth.

Abstract The possible active entry of aminoglycosides in bacterial cells has been debated since the development of this antibiotic family. Here we report the identification of their active transport mechanism in Vibrio species. We combined genome-wide transcriptional analysis and fitness screens to identify alterations driven by treatment of V. cholerae with sub-minimum inhibitory concentrations (sub-MIC) of the aminoglycoside tobramycin. RNA-seq data showed downregulation of the small non-coding RNA ncRNA586 during such treatment, while Tn-seq revealed that inactivation of this sRNA was associated with improved fitness in the presence of tobramycin. This sRNA is located near sugar transport genes and previous work on a homologous region in Vibrio tasmaniensis suggested that this sRNA stabilizes gene transcripts for carbohydrate transport and utilization, as well as phage receptors. The role for ncRNA586 , hereafter named ctrR , in the transport of both carbohydrates and aminoglycosides, was further investigated. Flow cytometry on cells treated with a fluorescent aminoglycoside confirmed the role of ctrR and of carbohydrate transporters in differential aminoglycoside entry. Despite sequence diversity, ctrR showed functional conservation across the Vibrionales. This system in directly modulated by carbon sources, suggesting regulation by carbon catabolite repression, a widely conserved mechanism in Gram-negative bacteria, priming future research on aminoglycoside uptake by sugar transporters in other bacterial species.