Big complexity in a minimal bacterium

Abstract

With only 689 genes Mycoplasma pneumoniae (M. pneumoniae) is among the simplest known organisms. Because of this simplicity, mycoplasma represents an attractive organism for systems-wide analyses. Such approaches aiming at the whole quantitative understanding of an entire organism are expected to illustrate the basic principles of life. Strand-specific tiling arrays complemented by transcriptome sequencing, were combined with more than 252 spotted arrays to study M. pneumoniae transcriptional organization. An important presence of alternative transcripts (42%) within operons and a high frequency of antisense RNA (89) were detected. Metabolism was also studied in detail. A manually curated metabolic network allowed the definition of a minimal medium with 19 essential nutrients. This has been complemented with measurements of biomass indicators, metabolites and fluxes. Integration with transcriptional profiling has provided keys in the metabolic regulation. Protein organization and interactions have been addressed systematically by Tandem affinity purification-mass spectrometry (TAP-MS) in a proteome-wide screen. The biochemical analysis revealed 178 protein complexes which have been complemented by structural models, single-article electron microscopy and electron tomography. By integrating the datasets from these different approaches, we show that this small bacterium harbors an unexpected complexity with features such as the frequent occurrence of alternative transcripts and antisense RNA, a small but tightly controlled metabolic network and a high level of proteome organization.

Amb només 689 gens Mycoplasma pneumoniae es troba entre els organismes més simples que es coneixen. Degut a aquesta simplicitat, mycoplasma representa un organisme atractiu per dur a terme estudis a nivell genòmic. S'espera d'aquests treballs que pretenen descriure de manera quantitativa l'organisme sencer que ajudin a entendre els principis bàsics de la vida. Per tal l'estudiar amb profunditat del transcriptoma, s'ha fet ús d'una combinació de dades de "tiling arrays" amb especificitat de cadena, ultraseqüenciació i més de 252 microarrays. Després d'analitzar els resultats s'ha detectat una alta presència de transcrits alternatius (42%) dintre operons i una alt contingut de ARN de tipus "antisense" (89). També s'ha realitzat un estudi detallat del metabolisme. S'ha revisat i completat manualment el mapa metabòlic de M. pneumoniae, fet que ha permès el disseny d'un medi mínim amb l'ús de 19 ingredients essencials. El mapa s'ha completat amb diferents mesures d'indicadors de biomassa, metabòlits i fluxos. També s'ha estudiat la regulació de metabolisme mitjançant microarrays. Per altra banda, s'han mesurat sistemàticament les interaccions proteïna-proteïna mitjançant "Tandem affinity purification-mass spectrometry (TAP-MS)". Aquest anàlisis ha detectat 178 complexes diferents, els quals han estat complementats amb models estructurals, microscòpia electrònica i tomografia electrònica. Mitjançant la integració d'aquestes col·leccions de dades, es pot mostrar que aquest petit bacteri amaga un inesperada complexitat amb característiques com la freqüència de transcrits alternatius i ARN "antisense", una xarxa metabòlica petita però fortament controlada i una alta organització del proteoma.