cDNA clones encoding three classes of human actins have been isolated and characterized. The first two classes (gamma and beta, cytoplasmic actins) were obtained from a cDNA library constructed from simian virus 40-transformed human fibroblast mRNA, and the third class (alpha, muscle actin) was obtained from a cDNA library constructed from adult human muscle mRNA. A new approach was developed to enrich for full-length cDNAs. The human fibroblast cDNA plasmid library was linearized with restriction enzymes that did not cut the inserts of interest; it was then size-fractionated on gels, and the chimeric molecules of optimal length were selected for retransformation of bacteria. When the resulting clones were screened for actin-coding sequences it was found that some full-length cDNAs were enriched as much as 50- to 100-fold relative to the original frequency of full-length clones in the total library. Two types of clones were distinguished. One of these clones encodes gamma actin and contains 100 base pairs of 5' untranslated region, the entire protein coding region, and the 3' untranslated region. The second class encodes beta actin, and the longest such clone contains 45 base pairs of 5' untranslated region plus the remainder of the mRNA extending to the polyadenylic acid tail. A third class, obtained from the human muscle cDNA library, encodes alpha actin and contains 100 base pairs of 5' untranslated region, the entire coding region, and the 3' untranslated region. Analysis of the DNA sequences of the 5' end of the clones demonstrated that although beta- and gamma-actin genes start with a methionine codon (MET-Asp-Asp-Asp and MET-Glu-Glu-Glu, respectively), the alpha-actin gene starts with a methionine codon followed by a cysteine codon (MET-CYS-Asp-Glu-Asp-Glu). Since no known actin proteins start with a cysteine, it is likely that post-translational removal of cysteine in addition to methionine accompanies alpha-actin synthesis but not beta- and gamma-actin synthesis. This observation has interesting implications both for actin function and actin gene regulation and evolution.

We report the complete nucleotide sequence of a human β actin cDNA. Both the 5′ and 3′ untranslated regions of the sequence are similar (>80%) to the analogous regions of the rat β-actin gene reported by Nudel et al (1983) 1 . When a segment of the 3′ untranslated region is used as a radiolabelled probe, strong hybridization to chick β actin mRNA is seen. This conservation of sequences suggests that strong selective pressures operate on non-translated segments of β actin mRNA.

Summary Initiation and maintenance of infection by mycobacteria in susceptible hosts are not well understood. A screen of Mycobacterium marinum transposon mutant library led to isolation of eight mutants that failed to cause haemolysis, all of which had transposon insertions in genes homologous to a region between Rv3866 and Rv3881c in Mycobacterium tuberculosis , which encompasses RD1 ( Rv3871–Rv3879c ), a known virulence gene cluster. The M. marinum mutants showed decreased virulence in vivo and failed to secrete ESAT‐6, like M. tuberculosis RD1 mutants . M. marinum mutants in genes homologous to Rv3866‐Rv3868 also failed to accumulate intracellular ESAT‐6, suggesting a possible role for those genes in synthesis or stability of the protein. These transposon mutants and an ESAT‐6 / CFP‐10 deletion mutant all showed reduced cytolysis and cytotoxicity to macrophages and significantly decreased intracellular growth at late stages of the infection only when the cells were infected at low multiplicity of infection, suggesting a defect in spreading. Direct evidence for cell‐to‐cell spread by wild‐type M. marinum was obtained by microscopic detection in macrophage and epithelial monolayers, but the mutants all were defective in this assay. Expression of M. tuberculosis homologues complemented the corresponding M. marinum mutants, emphasizing the functional similarities between M. tuberculosis and M. marinum genes in this region that we designate extRD1 (extended RD1). We suggest that diminished membranolytic activity and defective spreading is a mechanism for the attenuation of the extRD1 mutants. These results extend recent findings on the genomic boundaries and functions of M. tuberculosis RD1 and establish a molecular cellular basis for the role that extRD1 plays in mycobacterial virulence. Disruption of the M. marinum homologue of Rv3881c , not previously implicated in virulence, led to a much more attenuated phenotype in macrophages and in vivo , suggesting that this gene plays additional roles in M. marinum survival in the host.

Objective Pseudomonas aeruginosa is a frequent cause of ventilator-associated pneumonia. Recent evidence suggests that production of type III secretion proteins is correlated with increased pathogenicity in both cellular and animal models of infection. The objective of this study was to determine whether this system contributes to disease severity in humans with ventilator-associated pneumonia. Design Retrospective pilot cohort study. Setting University hospital. Patients Thirty-five mechanically ventilated patients with bronchoscopically confirmed ventilator-associated pneumonia caused by P. aeruginosa. Measurements and Main Results Ventilator-associated pneumonia was categorized as severe (patients died or had a recurrence of their pneumonia despite appropriate antibiotic therapy) or mild (patients uneventfully recovered from their pneumonia). The type III secretion genotypes and phenotypes of isolates cultured from the patients with ventilator-associated pneumonia were determined. Whereas every examined isolate harbored type III secretion genes, only 27 (77%) were capable of secreting detectable amounts of type III proteins in vitro. Twenty-two (81%) of the patients infected with these 27 isolates had severe disease. Of the eight isolates that did not secrete type III proteins, only three (38%) were cultured from patients with severe disease. Thus, infection with a type-III-secreting isolate correlated with severe disease (p < .05). In vitro assays indicated that ExoU, the type III effector protein most closely linked to mortality in animal models, was secreted in detectable amounts in vitro by 10 (29%) of the 35 examined isolates. Nine (90%) of these 10 isolates were cultured from patients with severe disease (p < .05 when compared with the nonsecreting isolates). In contrast, ExoS was secreted by 16 (46%) of the 35 examined isolates. Twelve (75%) of these 16 isolates were cultured from patients with severe disease (p = .14 when compared with the nonsecreting isolates). Conclusions In patients with ventilator-associated pneumonia, type-III-secreting isolates were associated with worse clinical outcomes, suggesting that this secretion system plays an important role in human disease. Our findings support the hypothesis that antibodies targeted against these proteins may be useful as adjunctive therapy in intubated patients with P. aeruginosa colonization or infection.

Summary When grown as a biofilm in laboratory flow chambers Pseudomonas aeruginosa can develop mushroom‐shaped multicellular structures consisting of distinct subpopulations in the cap and stalk portions. We have previously presented evidence that formation of the cap portion of the mushroom‐shaped structures in P. aeruginosa biofilms occurs via bacterial migration and depends on type IV pili ( Mol Microbiol 50: 61–68). In the present study we examine additional factors involved in the formation of this multicellular substructure. While pilA mutants, lacking type IV pili, are deficient in mushroom cap formation, pilH and chpA mutants, which are inactivated in the type IV pili‐linked chemosensory system, showed only minor defects in cap formation. On the contrary, fliM mutants, which are non‐flagellated, and cheY mutants, which are inactivated in the flagellum‐linked chemotaxis system, were largely deficient in cap formation. Experiments involving DNase treatment of developing biofilms provided evidence that extracellular DNA plays a role in cap formation. Moreover, mutants that are deficient in quorum sensing‐controlled DNA release formed microcolonies upon which wild‐type bacteria could not form caps. These results constitute evidence that type IV pili, flagellum‐mediated motility and quorum sensing‐controlled DNA release are involved in the formation of mature multicellular structures in P. aeruginosa biofilms.

Significance In their natural environments, bacteria frequently transition from a free-swimming state to a surface-associated state, attached to a substratum. As they encounter a surface, they may initiate developmental programs to optimally colonize this new environment and induce pathways such as virulence. Here we demonstrate that the pathogen Pseudomonas aeruginosa uses fiber-like motorized appendages called type IV pili to sense initial contact with surfaces. This leads to a signaling cascade that results in the expression of hundreds of genes associated with pathogenicity and surface-specific twitching motility. Thus, bacteria use pili not only to attach and move, but also to sense mechanical features of their environment and regulate cellular processes of surface-associated lifestyles.

Abstract Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular pathogen that replicates within a specialized membrane-bound compartment, called the inclusion. Chlamydia species express a unique class of effectors, Incs, which are translocated from the bacteria by a Type III secretion system and are inserted into the inclusion membrane where they modulate the host-bacterium interface. C. trachomatis repositions specific host organelles during infection to acquire nutrients and evade host cell surveillance, however the bacterial and host proteins controlling these processes are largely unknown. Here, we identify an interaction between the host dynactin complex and the C. trachomatis Inc CT192 (CTL0444), hereafter named Dre1 for D ynactin R ecruiting E ffector 1. We show that dynactin is recruited to the inclusion in a Dre1-dependent manner and that loss of Dre1 diminishes the recruitment of specific host organelles, including the centrosome, mitotic spindle, and Golgi apparatus to the inclusion. Inactivation of Dre1 results in decreased C. trachomatis fitness in cell-based assays and in a mouse model of infection. By targeting particular functions of the versatile host dynactin complex, Dre1 facilitates re-arrangement of certain organelles around the growing inclusion. Our work highlights how C. trachomatis employs a single effector to evoke specific, large-scale changes in host cell organization that establish an intracellular replicative niche without globally inhibiting host cellular function.

Abstract The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa explores surfaces using twitching motility powered by retractile extracellular filaments called type IV pili. Single cells twitch by successive pili extension, attachment and retraction. However, whether and how single cells control twitching migration remains unclear. We discovered that P. aeruginosa actively directs twitching in the direction of mechanical input from type IV pili, in a process we call mechanotaxis. The Chp chemotaxis-like system controls the balance of forward and reverse twitching migration of single cells in response to the mechanical signal. On surfaces, Chp senses type IV pili attachment at one pole thereby sensing a spatially-resolved signal. As a result, the Chp response regulators PilG and PilH control the polarization of the extension motor PilB. PilG stimulates polarization favoring forward migration, while PilH inhibits polarization inducing reversal. Subcellular segregation of PilG and PilH efficiently orchestrates their antagonistic functions, ultimately enabling rapid reversals upon perturbations. This distinct localization of response regulators establishes a signaling landscape known as local-excitation, global-inhibition in higher order organisms, identifying a conserved strategy to transduce spatially-resolved signals. Our discovery finally resolves the function of the Chp system and expands our view of the signals regulating motility.

ABSTRACT Antibiotic resistant bacteria are an emerging global health threat. New antimicrobials are urgently needed. The injectisome type III secretion system (T3SS), required by dozens of Gram-negative bacteria for virulence but largely absent from non-pathogenic bacteria, is an attractive antimicrobial target. We previously identified synthetic cyclic peptomers, inspired by the natural product phepropeptin D, that inhibit protein secretion through the Yersinia Ysc and Pseudomonas aeruginosa Psc T3SSs, but do not inhibit bacterial growth. Here we describe identification of an isomer, 4EpDN, that is two-fold more potent (IC 50 4 μM) than its parental compound. Furthermore, 4EpDN inhibited the Yersinia Ysa and the Salmonella SPI-1 T3SSs, suggesting that this cyclic peptomer has broad efficacy against evolutionarily distant injectisome T3SSs. Indeed, 4EpDN strongly inhibited intracellular growth of Chlamydia trachomatis in HeLa cells, which requires the T3SS. 4EpDN did not inhibit the unrelated Twin arginine translocation (Tat) system, nor did it impact T3SS gene transcription. Moreover, although the injectisome and flagellar T3SSs are evolutionarily and structurally related, the 4EpDN cyclic peptomer did not inhibit secretion of substrates through the Salmonella flagellar T3SS, indicating that cyclic peptomers broadly but specifically target the injestisome T3SS. 4EpDN reduced the number of T3SS basal bodies detected on the surface of Y. enterocolitica , as visualized using a fluorescent derivative of YscD, an inner membrane ring with low homology to flagellar protein FliG. Collectively, these data suggest that cyclic peptomers specifically inhibit the injectisome T3SS from a variety of Gram-negative bacteria, possibly by preventing complete T3SS assembly. IMPORTANCE Traditional antibiotics target both pathogenic and commensal bacteria, resulting in a disruption of the microbiota, which in turn is tied to a number of acute and chronic diseases. The bacterial type III secretion system (T3SS) is an appendage used by many bacterial pathogens to establish infection, but is largely absent from commensal members of the microbiota. In this study, we identify a new derivative of the cyclic peptomer class of T3SS inhibitors. These compounds inhibit the T3SS of the nosocomial ESKAPE pathogen Pseudomonas aeruginosa and enteropathogenic Yersinia and Salmonella . The impact of cyclic peptomers is specific to the T3SS, as other bacterial secretory systems are unaffected. Importantly, cyclic peptomers completely block replication of Chlamydia trachomatis , the causative agent of genital, eye, and lung infections, in human cells, a process that requires the T3SS. Therefore, cyclic peptomers represent promising virulence blockers that can specifically disarm a broad spectrum of Gram-negative pathogens.