Saúde

Estudos de cólera revelam mecanismos de formação de biofilme e hiperinfectividade
O estudo, publicado na semana de 20 de abril na Proceedings da Academia Nacional de Ciências (PNAS) , é um dos vários novos artigos sobre biofilmes de cólera do laboratório do microbiologista da UCSC Fitnat Yildiz.
Por Universidade da Califórnia - 20/04/2020


Células Vibrio cholerae (amarelas) que colonizam as vilosidades intestinais (azuis) no
intestino de ratos. Os padrões de colonização são diferentes para células de cólera em
biofilmes versus células de flutuação livre. Crédito: Jin Hwan Park

As bactérias da cólera que nadam livremente são muito menos infecciosas que as bactérias dos biofilmes, agregados de células bacterianas incorporadas em uma matriz pegajosa que se forma nas superfícies. Isso explica a surpreendente eficácia da filtragem da água através de tecidos, como um sari dobrado, que pode reduzir drasticamente as infecções em locais onde a doença é endêmica, apesar do fato de que as bactérias individuais do cólera passam facilmente por esse filtro.

Um novo estudo liderado por pesquisadores da UC Santa Cruz ajuda bastante a explicar a hiperinfetividade dos biofilmes de cólera . O estudo, publicado na semana de 20 de abril na Proceedings da Academia Nacional de Ciências (PNAS) , é um dos vários novos artigos sobre biofilmes de cólera do laboratório do microbiologista da UCSC Fitnat Yildiz.

"Estamos trabalhando nisso há muito tempo, é um corpo significativo de trabalho que está sendo publicado agora, com foco nos mecanismos de formação de biofilme e no que torna o biofilme mais infeccioso", disse Yildiz, professor de microbiologia e meio ambiente. toxicologia.

Os biofilmes são importantes não apenas para causar infecções, mas também para a sobrevivência das bactérias da cólera ( Vibrio cholerae ) no ambiente. Nas regiões onde a cólera é endêmica, as bactérias vivem em ambientes aquáticos, geralmente em água salobra, causando surtos sazonais periódicos quando as fontes de água potável são contaminadas.

Uma descoberta surpreendente no artigo do PNAS é que as bactérias que crescem em biofilmes já ativaram os genes para fatores de virulência, como a produção de toxinas, antes mesmo de infectarem um hospedeiro.

"Dois dos principais fatores de virulência são o pilus co-regulado por toxinas, que permite que as bactérias adiram ao intestino, e a toxina da cólera que entra nas células intestinais e deixa as pessoas realmente doentes", disse Jennifer Teschler, pesquisadora de pós-doutorado em Yildiz. laboratório e co-primeiro autor do artigo. "Esses fatores de virulência são mais altamente expressos nas células de biofilme , então eles já estão preparados para causar infecções".

O estudo também mostrou diferenças nos padrões de colonização das células de cólera de natação livre ("planctônicas") e cultivadas por biofilme no intestino de camundongos infectados. Os pesquisadores usaram uma nova técnica de imagem para tornar o tecido intestinal transparente, preservando a integridade espacial dos intestinos infectados. Isso lhes permitiu ver onde as bactérias da cólera aderiram às vilosidades, as projeções em forma de dedo que revestem o intestino delgado.

As bactérias da cólera usam apêndices semelhantes a cabelos chamados pili para fixar nas
superfícies. Nesta imagem, os pili são rotulados com um corante verde fluorescente.
Crédito: Fitnat Yildiz e Kyle Floyd

"Ser capaz de ver onde estão as infecções em três dimensões é uma ferramenta importante para o estudo de patógenos intestinais", afirmou Teschler. "Em camundongos infectados com células planctônicas, as células estavam tipicamente no fundo das vilosidades, enquanto as células de biofilme fixadas no topo das vilosidades, mais próximas ao lúmen. Especulamos que as células de biofilme aderem mais fortemente às vilosidades, portanto elas são mais capazes de resistir a serem varridos pelo fluxo no lúmen do intestino ".

Dois outros artigos, publicados em 25 de março na Nature Communications e 16 de março na PLOS Genetics , enfocam como as bactérias da cólera nadam livremente nas superfícies e iniciam a formação de biofilme.

"A bactéria precisa se prender a uma superfície, parar de nadar e começar a construir uma matriz", disse Yildiz. "Compreender os mecanismos envolvidos na formação de biofilme, bem como o papel dos biofilmes na biologia geral do Vibrio cholerae , abrirá o caminho para o desenvolvimento de estratégias para prever e controlar as epidemias de cólera. Também pode ajudar na identificação de novos alvos de drogas para inibir formação de biofilme durante a infecção ".

O artigo da Nature Communications explora as vias de sinalização celular que controlam o processo de fixação através da regulação de apêndices semelhantes a cabelos chamados pili que crescem a partir da superfície da célula.

"O anexo é a etapa inicial da formação do biofilme", ​​explicou o primeiro autor Kyle Floyd, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Yildiz. "À medida que uma célula nadadora se aproxima de uma superfície, o pilus se liga à superfície, e a retração do pilus ajuda a puxar a célula para mais perto da superfície. A célula torna mais pili para ancorá-la na superfície".

Existem diferentes classes e subclasses de pili bacteriano, e o exigido para a formação de biofilme em muitas cepas de Vibrio cholerae (o tipo IV MSHA pilus) é regulado por uma molécula sinalizadora chamada c-di-GMP. O novo estudo mostrou que o MSHA pilus é um sistema dinâmico que se estende e se retrai e é diretamente controlado pelo c-di-GMP. O estudo mostrou como a atividade do pilus é modulada pelas interações do c-di-GMP com outros componentes do sistema pilus.

O documento PLOS Genetics elucida ainda mais as vias de sinalização c-di-GMP que promovem a formação de biofilme. Em particular, o estudo analisou o papel do flagelo, um apêndice que as bactérias usam para nadar, na sinalização de c-di-GMP. Os pesquisadores descobriram que a perda do flagelo leva a níveis elevados de c-di-GMP na célula e aumento da expressão de genes de biofilme.

"Exigia genética poderosa e elegante para descobrir as conexões entre a montagem do flagelo, a produção de pili na superfície celular, a produção de matrizes de biofilme e a sinalização de c-di-GMP", disse Yildiz. "Existem diferentes etapas em que essa molécula de sinalização pode controlar a transição para a formação de biofilme".

 

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