ABSTRACT Methionine biosynthetic pathway, essential for the growth of Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ) in the host, represents an attractive target for the development of novel anti-tuberculars. Here, we have biochemically characterized homoserine acetyl transferase (HSAT viz. MetA) of Mtb , which catalyses the first committed step of methionine and S-adenosylmethionine (SAM) biosynthesis. High-throughput screening of a 2300 compound library resulted in identification of thiram, an anti-fungal organosulfur compound, as the most potent MetA inhibitor. Further analysis of thiram analogs led to the identification of orally bioavailable disulfiram (DIS, an anti-alcoholism FDA approved drug) as a novel inhibitor of MetA. Both thiram and DIS restricted the growth of drug-sensitive and drug-resistant Mtb strains in a bactericidal manner. ThermoFlour assay demonstrated direct binding of DIS with MetA. Metabolomic and transcriptomic studies showed DIS mediated perturbation of methionine and redox homeostasis, respectively, in Mtb . In concordance, the effect of DIS on Mtb growth was partially rescued by supplementation with either L-methionine as well as N-acetyl cysteine, suggesting a multi-target killing mechanism. In Mtb -infected mice, DIS administration restricted bacterial growth, increased efficacy of isoniazid, ameliorated lung pathology, modulated lung immune cell landscape and protective immune response. Taken together, our results demonstrate that DIS can be repurposed for designing an effective anti-tubercular therapy.

ABSTRACT In order to adapt in host tissues, microbial pathogens regulate their gene expression through an array of transcription factors. Here, we have functionally characterized Rv0792c, a GntR homolog from M. tuberculosis . In comparison to the parental strain, ΔRv0792c mutant strain of M. tuberculosis was compromised for survival upon exposure to oxidative stress, cell wall agents and infection in guinea pigs. RNA-seq analysis revealed that Rv0792c regulates the expression of genes that are involved in stress adaptation and virulence of M. tuberculosis . Solution small angle X-ray scattering (SAXS) data steered model building confirmed that the C-terminal region plays a pivotal role in dimer formation. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment resulted in identification of ssDNA aptamers that can be used as a tool to identify small molecule inhibitors targeting Rv0792c. Using SELEX and SAXS data based modelling, we identified residues essential for the DNA binding activity of Rv0792c and I-OMe-Tyrphostin as an inhibitor of Rv0792c aptamer binding activity. Taken together, we provide a detailed shape-function characterization of GntR family of transcription factors from M. tuberculosis . To the best of our knowledge, this is the first study that has resulted in the identification of small molecule inhibitors against GntR family of transcription factors from bacterial pathogens.

The genome of Mycobacterium tuberculosis encodes for a large repertoire of toxin-antitoxin systems. In the present study, MenT3 and MenT4 toxins belonging to MenAT subfamily of TA systems have been functionally characterized. We demonstrate that ectopic expression of these toxins inhibits bacterial growth and this is rescued upon co-expression of their cognate antitoxins. Here, we show that simultaneous deletion of menT3 and menT4 results in enhanced susceptibility of M. tuberculosis upon exposure to oxidative stress and attenuated growth in guinea pigs and mice. We observed reduced expression of transcripts encoding for proteins that are essential or required for intracellular growth in mid-log phase cultures of ΔmenT4ΔT3 compared to parental strain. Further, the transcript levels of proteins involved in efficient bacterial clearance were increased in lung tissues of ΔmenT4ΔT3 infected mice relative to parental strain infected mice. We show that immunization of mice and guinea pigs with ΔmenT4ΔT3 confers significant protection against M. tuberculosis infection. Remarkably, immunization of mice with ΔmenT4ΔT3 results in increased antigen-specific T