JM
Joseph McPhee
Author with expertise in Bacterial Physiology and Genetics
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(67% Open Access)
Cited by:
1,465
h-index:
22
/
i10-index:
27
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

A draft genome of Yersinia pestis from victims of the Black Death

Kirsten Bos et al.Oct 11, 2011
The latest DNA recovery and sequencing technologies have been used to reconstruct the genome of the Yersinia pestis bacterium responsible for the Black Death pandemic of bubonic plague that spread across Europe in the fourteenth century. The genome was pieced together from total DNA extracted from the skeletal remains of four individuals excavated from a large cemetery on the site of the Royal Mint in East Smithfield in London, where more than 2,000 plague victims were buried in 1348 and 1349. The draft genome sequence does not differ substantially from modern Y. pestis strains, providing no answer to the question of why the Black Death was more deadly than modern bubonic plague outbreaks. Technological advances in DNA recovery and sequencing have drastically expanded the scope of genetic analyses of ancient specimens to the extent that full genomic investigations are now feasible and are quickly becoming standard1. This trend has important implications for infectious disease research because genomic data from ancient microbes may help to elucidate mechanisms of pathogen evolution and adaptation for emerging and re-emerging infections. Here we report a reconstructed ancient genome of Yersinia pestis at 30-fold average coverage from Black Death victims securely dated to episodes of pestilence-associated mortality in London, England, 1348–1350. Genetic architecture and phylogenetic analysis indicate that the ancient organism is ancestral to most extant strains and sits very close to the ancestral node of all Y. pestis commonly associated with human infection. Temporal estimates suggest that the Black Death of 1347–1351 was the main historical event responsible for the introduction and widespread dissemination of the ancestor to all currently circulating Y. pestis strains pathogenic to humans, and further indicates that contemporary Y. pestis epidemics have their origins in the medieval era. Comparisons against modern genomes reveal no unique derived positions in the medieval organism, indicating that the perceived increased virulence of the disease during the Black Death may not have been due to bacterial phenotype. These findings support the notion that factors other than microbial genetics, such as environment, vector dynamics and host susceptibility, should be at the forefront of epidemiological discussions regarding emerging Y. pestis infections.
0
Citation749
0
Save
0

Cationic antimicrobial peptides activate a two‐component regulatory system, PmrA‐PmrB, that regulates resistance to polymyxin B and cationic antimicrobial peptides in Pseudomonas aeruginosa

Joseph McPhee et al.Aug 20, 2003
Summary The two‐component regulatory system PhoP‐PhoQ of Pseudomonas aeruginosa regulates resistance to cationic antimicrobial peptides, polymyxin B and aminoglycosides in response to low Mg 2+ conditions. We have identified a second two‐component regulatory system, PmrA‐PmrB, that regulates resistance to polymyxin B and cationic antimicrobial peptides. This system responds to limiting Mg 2+ , and is affected by a phoQ , but not a phoP mutation. Inactivation of the pmrB sensor kinase and pmrA response regulator greatly decreased the expression of the operon encoding pmrA‐pmrB while expression of the response regulator pmrA in trans resulted in increased activation suggesting that the pmrA‐pmrB operon is autoregulated. Interposon mutants in pmrB , pmrA , or in an intergenic region upstream of pmrA‐pmrB exhibited two to 16‐fold increased susceptibility to polymyxin B and cationic antimicrobial peptides. The pmrA‐pmrB operon was also found to be activated by a number of cationic peptides including polymyxins B and E, cattle indolicidin and synthetic variants as well as LL‐37, a component of human innate immunity, whereas peptides with the lowest minimum inhibitory concentrations tended to be the weakest inducers. Additionally, we showed that the putative LPS modification operon, PA3552‐PA3559, was also induced by cationic peptides, but its expression was only partially dependent on the PmrA‐PmrB system. The discovery that the PmrA‐PmrB two‐component system regulates resistance to cationic peptides and that both it and the putative LPS modification system are induced by cationic antimicrobial peptides has major implications for the development of these antibiotics as a therapy for P. aeruginosa infections.
0
Citation418
0
Save
0

Adaptive Resistance to the “Last Hope” Antibiotics Polymyxin B and Colistin in Pseudomonas aeruginosa Is Mediated by the Novel Two-Component Regulatory System ParR-ParS

Lucía Fernández et al.Jun 15, 2010
As multidrug resistance increases alarmingly, polymyxin B and colistin are increasingly being used in the clinic to treat serious Pseudomonas aeruginosa infections. In this opportunistic pathogen, subinhibitory levels of polymyxins and certain antimicrobial peptides induce resistance toward higher, otherwise lethal, levels of these antimicrobial agents. It is known that the modification of lipid A of lipopolysaccharide (LPS) is a key component of this adaptive peptide resistance, but to date, the regulatory mechanism underlying peptide regulation in P. aeruginosa has remained elusive. The PhoP-PhoQ and PmrA-PmrB two-component systems, which control this modification under low-Mg2+ conditions, do not appear to play a major role in peptide-mediated adaptive resistance, unlike in Salmonella where PhoQ is a peptide sensor. Here we describe the identification and characterization of a novel P. aeruginosa two-component regulator affecting polymyxin-adaptive resistance, ParR-ParS (PA1799-PA1798). This system was required for activation of the arnBCADTEF LPS modification operon in the presence of subinhibitory concentrations of polymyxin, colistin, or the bovine peptide indolicidin, leading to increased resistance to various polycationic antibiotics, including aminoglycosides. This study highlights the complexity of the regulatory network controlling resistance to cationic antibiotics and host peptides in P. aeruginosa, which has major relevance in the development and deployment of cationic antimicrobials.
0
Citation294
0
Save
1

A mutation in the promoter of the pmrD gene of Shigella flexneri abrogates functional PhoPQ-PmrD-PmrAB signaling and polymyxin B resistance

Raymond Huynh et al.Jul 27, 2021
Abstract Shigella spp. are the causative agent of bacillary dysentery, a major cause of food-borne morbidity and mortality worldwide. These organisms are recently evolved, polyphyletic pathovar of E. coli , and since their divergence they have undergone multiple cases of gene gain and gene loss and understanding how gene inactivation events alter bacterial behaviour represents an important objective to be better able to understand how virulence and other phenotypes are affected. Here, we identify a frameshift mutation in the pmrD gene of S. flexneri that although it would be predicted to make a functional, full-length protein, no such production occurs, likely due to the non-optimal spacing between the translational initiation site and the Shine-Dalgarno sequence. We show that this loss severs the normal connection between the PhoPQ two-component regulatory system and the PmrAB two-component regulatory system, abrogating low Mg 2+ mediated cationic antimicrobial peptide and polymyxin B resistance, while maintaining normal PmrAB-mediated polymyxin B resistance. In contrast, S. sonnei maintains a functional PmrD protein and canonical signaling through this regulatory network. This species specific gene loss suggests that S. flexneri and S. sonnei have evolved different regulatory responses to changing environmental conditions.
5

Salmonellaactively modulates TFEB in murine macrophages in a growth-phase and time-dependent manner

Subothan Inpanathan et al.Dec 4, 2022
Summary The transcription factor TFEB drives expression of lysosomal, autophagic, and immune-responsive genes in response to LPS and phagocytosis. Interestingly, compounds that promote TFEB activity enhance bactericidal activity while intracellular pathogens like Mycobacterium and Salmonella repress TFEB. However, Salmonella enterica sv. Typhimurium ( S. Typhimurium) was reported to actively stimulate TFEB, implying a benefit to Salmonella . To better understand the relationship between S. Typhimurium and TFEB, we assessed if S. Typhimurium regulated TFEB in macrophages in a manner dependent on infection conditions. We observed that macrophages that engulfed late-logarithmic grown Salmonella accumulated nuclear TFEB, comparable to macrophages that engulfed E. coli . In contrast, stationary-phase S. Typhimurium infection of macrophages actively delayed TFEB nuclear mobilization. The delay in TFEB nuclear mobilization was not observed in macrophages that engulfed heat-killed stationary-phase Salmonella , or Salmonella lacking functional SPI-1 and SPI-2 type three secretion systems. S. Typhimurium mutated in the master virulence regulator phoP or the secreted effector genes sifA , and sopD also showed TFEB nuclear translocation. Interestingly, while E. coli survived better in tfeb - /- macrophages, S. Typhimurium growth was similar in wild-type and tfeb - /- macrophages. Moreover, Salmonella survival was not readily affected by its growth phase in wild-type or knockout macrophages, though in HeLa cells late-log Salmonella benefitted from the loss of TFEB. Priming macrophages with phagocytosis enhanced the killing of Salmonella in wild-type, but not in tfeb - /- macrophages. Collectively, S. Typhimurium orchestrate TFEB in a manner dependent on infection conditions, while disturbing this context-dependent control of TFEB may be detrimental to Salmonella survival. Importance Activation of the host transcription factor TFEB helps mammalian cells adapt to stresses such as starvation and infection by upregulating lysosome, autophagy, and immuno-protective gene expression. Thus, TFEB is generally thought to protect host cells. However, it may also be that pathogenic bacteria like Salmonella orchestrate TFEB in a spatio-temporal manner to harness its functions to grow intracellularly. Indeed, the relationship between Salmonella and TFEB is controversial since some studies showed that Salmonella actively promotes TFEB, while others have observed that Salmonella degrades TFEB and that compounds that promote TFEB restrict bacterial growth. Our work provides a path to resolve these apparent discordant observations since we showed that stationary-grown Salmonella actively delays TFEB after infection, while late-log Salmonella is permissive of TFEB activation. Nevertheless, the exact function of this manipulation remains unclear, but conditions that erase the conditional control of TFEB by Salmonella may be detrimental to the microbe.
0

Chemical conditioning approach to post-treat temperature-phased anaerobic digestate to improve resource recovery, odour reduction and biosolids quality

Umme Hyder et al.Jan 15, 2025
Biosolids has several challenges, such as its high water content, huge volume, odour, and pathogen presence. Regulations require biosolids to be reused and disposed of safely. Polymer conditioning focuses on volume reduction, leaving pathogen and odour reduction unaddressed. This study evaluates the use of polymer alone and in combination with ferric chloride (FeCl3) and hydrogen peroxide (H2O2) at pH 8.0 to increase the post-treatment efficiency of temperature-phased anaerobic digestate (TPAD). The goal is to reduce volume, recover phosphorus, reduce odour, and eliminate pathogens. This investigation examined various dewatering indices after treating TPAD with cationic polymer alone, polymer and FeCl3, and with polymer, FeCl3, and H2O2 combined at pH 8.0. A combination of 2.5 g/kg dry solids (DS) polymer, 2.1 g/kg DS FeCl3 and 600 mg/l H2O2 at pH 8.0 produced the shortest capillary suction time (CST) of 11.5 s, lowest turbidity of 11 NTU, and lowest specific resistance to filtration (SRF) of 0.08 Terra m (Tm)/kg. Compared to raw TPAD, the combined chemical dose improves dewatering by 99%, odour reduction by 90%, 100% centrate P removal, and a 40% increase in cake solids with 57 MPN/g DS fecal coliforms in the treated cake. There was a 100% reduction in pathogens compared to raw cake. TPAD must be post-treated to reduce volume and odour while producing P rich 'class A' biosolids with a greater range of reuse.
0

Conserved regulation of omptin proteases by the PhoPQ two-component regulatory system in Enterobacteriaceae.

Youn Cho et al.Feb 28, 2020
Bacteria that colonize eukaryotic surfaces interact with numerous host-produced molecules that have antimicrobial activity. Bacteria have evolved numerous strategies to both detect and resist these molecules, and in gram-negative bacteria these include alterations of the cell surface lipopolysaccharide structure and/or charge and the production of proteases that can degrade these antimicrobial molecules. Many of the lipopolysaccharide alterations found in enteric bacteria are controlled by the PhoPQ and PmrAB two-component regulatory systems. Here, we show that omptin family proteases from Escherichia coli and Citrobacter rodentium are induced by growth in low Mg2+. We further show that deletion of PhoP eliminates omptin protease activity, transcriptional regulation and protein levels. We identify conserved PhoP-binding sites in the promoters of the E. coli omptin genes, ompT , ompP and arlC as well as in croP of Citrobacter rodentium and show that mutation of the putative PhoP-binding site in the ompT promoter abrogates PhoP-dependent expression. Finally, we show that despite the conserved PhoP-dependent regulation, each of the E. coli omptin proteins has differential activity toward a particular substrate, suggesting that each omptin may contribute to resistance to a particular repertoire of host-defense peptides, depending on the particular environment in which each evolved.