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Unraveling the metabolism of Mycobacterium caprae using comparative genomics - 22/09/22

Doi : 10.1016/j.tube.2022.102254 
Giovanni Emiddio Romano a, 1 , Taiana Tainá Silva-Pereira a, 1 , Filipe Menegatti de Melo a , Maria Carolina Sisco a , Alexandre Campos Banari a, b , Cristina Kraemer Zimpel a, b , Naila Cristina Soler-Camargo a, b , Ana Marcia de Sá Guimarães a, c,
a Laboratory of Applied Research in Mycobacteria (LaPAM), Department of Microbiology, Institute of Biomedical Sciences, University of São Paulo, 1374 Prof Lineu Prestes Avenue, Room 229, São Paulo, SP, 05508-000, Brazil 
b Department of Preventive Veterinary Medicine and Animal Health, College of Veterinary Medicine, University of São Paulo, 87 Prof Dr Orlando Marques de Paiva Avenue, São Paulo, SP, 05508-270, Brazil 
c Department of Comparative Pathobiology, College of Veterinary Medicine, Purdue University. 625 Harrison Street, West Lafayette, IN, 47907, USA 

Corresponding author. Laboratory of Applied Research in Mycobacteria (LaPAM), Department of Microbiology, Institute of Biomedical Sciences, University of São Paulo, 1374 Prof Lineu Prestes Avenue, room 229, São Paulo, SP, 05508-000, Brazil.Laboratory of Applied Research in Mycobacteria (LaPAM)Department of MicrobiologyInstitute of Biomedical SciencesUniversity of São Paulo1374 Prof Lineu Prestes Avenueroom 229São PauloSP05508-000Brazil

Abstract

In our laboratory, Mycobacterium caprae has poor growth in standard medium (SM) 7H9-OADC supplemented with pyruvate and Tween-80. Our objectives were to identify mutations affecting M. caprae metabolism and use this information to design a culture medium to improve its growth. We selected 77 M. caprae genomes and sequenced M. caprae NLA000201913 used in our experiments. Mutations present in >95% of the strains compared to Mycobacterium tuberculosis H37Rv were analyzed in silico for their deleterious effects on proteins of metabolic pathways. Apart from the known defect in the pyruvate kinase, M. caprae has important lesions in enzymes of the TCA cycle, methylmalonyl cycle, B12 metabolism, and electron-transport chain. We provide evidence of enzymatic redundancy elimination and epistatic mutations, and possible production of toxic metabolites hindering M. caprae growth in vitro. A newly designed SM supplemented with l-glutamate allowed faster growth and increased final microbial mass of M. caprae. However, possible accumulation of metabolic waste-products and/or nutritional limitations halted M. caprae growth prior to a M. tuberculosis-like stationary phase. Our findings suggest that M. caprae relies on GABA and/or glyoxylate shunts for in vitro growth in routine media. The newly developed medium will improve experiments with this bacterium by allowing faster growth in vitro.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Members of the Mycobacterium tuberculosis complex occupy distinct ecological niches that determine their metabolic features.
Mycobacterium caprae has poor growth in standard culture medium compared to M. tuberculosis, hampering the research
Results suggest M. caprae eliminated redundant enzymes and depends on GABA and/or glyoxylate shunts for in vitro growth.
Growth halt of M. caprae is due to metabolic waste-products or nutrient limitation resulting from lesions in the metabolism
A newly designed culture medium increased the replication rate of M. caprae.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mycobacterium caprae, Metabolism, Genomics, Mycobacterium tuberculosis complex


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Vol 136

Article 102254- septembre 2022 Retour au numéro
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  • High-resolution transcriptomics of bovine purified protein derivative-stimulated peripheral blood from cattle infected with Mycobacterium bovis across an experimental time course
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