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Como um lodo pegajoso ajuda as bactérias a sobreviver
As modulações na estrutura do biofilme como resultado de mudanças de temperatura são reguladas pela produção de uma nova proteína extracelular chamada BsaA na bactéria C. perfringens.
Por University of Tsukuba - 03/08/2020



As bactérias têm a capacidade de se adaptar ao seu ambiente para sobreviver à defesa imunológica do hospedeiro. Uma dessas estratégias de sobrevivência inclui a formação de um biofilme que impede que o sistema imunológico ou antibióticos cheguem às bactérias. Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade de Tsukuba revelaram que as modulações na estrutura do biofilme como resultado de mudanças de temperatura são reguladas pela produção de uma nova proteína extracelular chamada BsaA na bactéria C. perfringens.

C. perfringens vive em vários ambientes, no solo e no intestino dos animais, e pode causar intoxicação alimentar, gangrena gasosa e diarréia associada a antibióticos. É uma bactéria anaeróbica que não é capaz de crescer fora de um hospedeiro devido à presença de oxigênio. Embora seja de conhecimento geral que ele pode se transformar em esporos para evitar ataques ambientais, não foi até recentemente que C. perfringens também demonstrou ter a capacidade de formar biofilmes. Nesses biofilmes, uma comunidade de bactérias C. perfringens se cobre em uma matriz densa das chamadas substâncias poliméricas extracelulares (EPS) - que contêm proteínas, ácidos nucléicos e moléculas de açúcar -, protegendo-se de riscos externos. Até o momento, ainda não está claro como o C. perfringens está usando biofilmes para sobreviver em ambientes ricos em oxigênio.

"Já mostramos que a temperatura é uma sugestão ambiental que influencia a morfologia do biofilme de C. perfringens ", diz o autor do estudo, Professor Nobuhiko Nomura. "Embora em temperaturas mais altas, como 37 ° C, as bactérias se prendam às superfícies e se acumulem densamente em um biofilme aderente, a temperaturas mais baixas elas constroem um biofilme mais espesso e semelhante a uma película. Queríamos saber como eles são capazes de modular a estrutura. do biofilme em resposta a mudanças de temperatura ".

Para atingir seu objetivo, os pesquisadores construíram uma biblioteca de 1.360 células mutantes (nocaute genético) em C. perfringens para ver quais proteínas são necessárias para formar um biofilme semelhante a uma película a 25 ° C. Durante a triagem, eles notaram a presença de uma nova proteína chamada BsaA, produzida dentro da bactéria e transportada para o exterior. Sem BsaA, as bactérias formavam um biofilme de película frágil ou apenas um biofilme aderente. Os pesquisadores mostraram que várias proteínas BsaA se reúnem em um polímero fora das células para permitir a formação de um biofilme estável. Quando expostas ao antibiótico penicilina G ou oxigênio, C. perfringens sem BsaA teve uma taxa de sobrevivência significativamente reduzida em comparação com C. perfringens normal.

"Nossos resultados mostram que o BsaA é necessário para a formação de biofilme semelhante a uma película a 25 ° C e confere tolerância a antibióticos", diz o principal autor do estudo, professor Nozomu Obana. "Sabemos que os biofilmes contêm populações celulares heterogêneas, o que leva a comportamentos multicelulares. Portanto, queríamos saber se a heterogeneidade celular afeta a produção de BsaA e, portanto, a formação de um biofilme semelhante a uma película".

Os pesquisadores descobriram que a proteína SipW controla a polimerização de BsaA em um biofilme, e usou isso para estudar a formação de biofilme. Ao construir C. perfringens que produzia uma proteína fluorescente quando o SipW é produzido, permitindo que essas células fossem rastreadas por microscopia fluorescente, os pesquisadores conseguiram mostrar que nem todas as bactérias produziam SipW. Além disso, eles descobriram que a população de bactérias produtoras de SipW começou a cair significativamente quando a temperatura aumentou de 25 ° C para 37 ° C. Curiosamente, a 25 ° C, as células que não produzem SipW estavam localizadas próximas à superfície da bactériaestavam sentados e cobertos por células produtoras de SipW. A produção heterogênea de SipW e, portanto, BsaA, pode, portanto, garantir que as células com maior tolerância a riscos externos protejam a subpopulação bacteriana em risco.

"A 25 ° C, é mais provável que C. perfringens seja exposto a tensões externas. Nossos resultados fornecem uma explicação de como uma comunidade de C. perfringens garante que ela permaneça protegida quando a temperatura muda. Nosso estudo ajuda a entender as propriedades do biofilme e fornece informações sobre o desenvolvimento de novas estratégias antibacterianas ", diz o professor Nomura.

O artigo "Expressão gênica da matriz extracelular heterogênea regulada por temperatura define a morfologia do biofilme em Clostridium perfringens" foi publicado na npj Biofilms and Microbes .

 

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