Mecanismo de Quorum-Sensing e sua Relevância nas Infecções

Instituto de Microbiologia da Universidade
Federal do Rio de Janeiro
(www.microbiologia.ufrj.br)
Mecanismo de Quorum-Sensing e sua
Relevância nas Infecções Hospitalares
Agnes Marie Sá Figueiredo
Laboratório de Biologia Molecular de Bactérias
Departamento de Microbiologia Médica/IMPPG/UFRJ
[email protected]
Patogênese Bacteriana
9 Expressão dos fatores de virulência
9 Finamente regulada (sistema de regulação global)
9 Sistemas de quorum-sensing
Leitura do Código Genético
Sensor de Densidade Populacional
Signal Transduction
Signal transduction
Reguladores da Transcrição
Sistema de Quorum Sensing
V. fischeri
Sistema de sinalização célula-célula em
bactéria responde a substâncias tipo
hormônios que são conhecidas como
autoindutores
Importância de se Estudar
Quorum Sensing
„
O desenvolvimento de novos compostos antimicrobianos é
necessário pelo número crescente de infecções onde a resistência a
antimicrobianos é uma séria ameaça.
„
A resistência antimicrobiana é resultante de dois fatores:
– A aquisição de genes de resistência aos antibióticos ou mutação de
um gene já existente.
– Devido à tolerância inata dos biofilmes bacterianos.
„
O controle bacteriano, através do sistema de comunicação célulacélula, envolvendo a regulação da virulência, poderia ser uma
estratégia interessante para o controle de infecções causadas por
este microrganismos.
Staphylococcus aureus
Importante patógeno humanos
Doenças
Doenças graves
localizada
Associados
Comunitárias
Hospitalares
Infecções Estafilocócicas
9Doenças na pele
9Toxinas exfoliativas tipos A, B, C e D
Impetigo bolhoso
Síndrome da Pele Escaldada
Estafilocócica
Staphylococcus aureus
Foliculite
Carbunculose
Infecções mais graves e disseminadas
Staphylococcus aureus
9Intoxicação alimentar →
ingestão do alimento
contaminado SE(A-E, G-Q)
9Síndrome do Choque Tóxico → (TSST-1, SEB e SEC)
Staphylococcus aureus
Fatores de virulência
Produtos de
superfície
Exoproteínas
fatores
citolíticos
α-, β-, δ-, γhemolisinas e
leucocidina
Coagulase
toxinas
exfoliativas
(ETA-D)
TSST-1
Ptns
↓
MSCRAMM
PtnA
enterotoxinas
(SEA-C1-3, SED,
SEE, SEG-Q)
PIA
+
+
+
PG
N
+
+
+
Operon ica
+ +
+
+
--
+
--
+
+
+
+
C
A
a
Ic
D
a
Ic
C
-
-
-
I caC
N
PIA
icaR
N
IcaB
--
icaA
C
icaD
icaB
MP
icaC
DNA
Quorum sensing em Staphylococcus aureus
lócus agr
agrABCD
P2 e P3
RNAIII
regulação –
ptns de superfície
colonização/invasão
regulação +
ptns extracelulares
agressão
Sistema Agr
AIP
AgrB
AgrC
AgrD
His-P
AgrA
His
SarA
AgrA-P
RNAII
agrA
agrC
agrD
agrB
RNAIII
P2 P3
Peptídeo agr
J Bacteriol. 2000 Nov;182(22):6517-22.
Interferência gênica (peptídeo heterólogo)
Inibição da expressão do agr
Genes que são Regulados pelo agr
Vuong, C., Kocianova, S., Yao, Y., Carmody, A.B. and Otto, M.
(2004) Increased colonization of indwelling medical devices by
quorum-sensing mutants of Staphylococcus epidermidis in vivo. J.
Infect. Dis. 190, 1498–1505.
Microscópio de Varredura Confocal à Laser
Proc Natl Acad Sci U S A. 21;97:13330-5. 2000
S. aureus agr I
S. aureus agr null
Peptídeo agr II
Clone epidêmico brasileiro
J Clin Microbiol. 33:2400-4; 1995
J Infect Dis192:801-10; . 2005
RN6390B
GV91
RN6911
Northern-Blotting de Cepas Pertencentes ao Clone
Epidêmico Brasileiro
B1
09
BM
B1
20
RN
63
90
B
BM
GV
91
GV
69
GV
24
GV
20
GV
12
RN4220
rnaIII
Northern-Blotting de Cepas Pertencentes ao Clone Epidêmico
Brasileiro
GV69
BMB9393
rnaIII
sarA
16S rrna
DnaChips
Global Gene Expression
Global Hibridoma
BMB9393 (152 genes)
GV69 (700 genes)
GV69
BMB9393
alkaline shock protein 23 (asp23)
2.7
4.3
ornithine carbamoyltransferase (arcB)
28.2
acetolactate synthase, catabolic (budB)
20
glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (gapA)
10
acetoin utilization protein AcuC (acuC)
22.2
Cell wall associated fibronectin-binding protein (Ebh)
9.9
lantibiotic epidermin precursor EpiA (epiA)
5.6
epidermin biosynthesis protein EpiB (epiB)
4.3
epidermin biosynthesis protein EpiC
25.6
3.0
epidermin biosynthesis protein EpiD (epiD)
6.1
epidermin immunity protein F (epiE)
13.7
epidermin immunity protein F (epiF)
12.1
epidermin immunity protein F (epiG)
5.1
DNA-binding response regulator ArlR (arlR)
3.0
sensor histidine kinase ArlS (arlS)
2.7
sigma factor B regulator protein (rsbU)
4.1
anti-anti-sigma factor RsbV (rsbV)
3.7
DNA-binding response regulator SaeR (saeR)
2.1
sensor histidine kinase SaeS (saeS)
2.3
3.9
GV69
staphylococcal accessory regulator R (sarR)
3.0
staphylococcal accessory protein Z (sarZ)
2.6
transcriptional regulator, MarR family
3.3
transcriptional regulator, LysR family
2.9
transcriptional regulator, GntR family
delta-hemolysin (hld)
alpha-hemolysin precursor (hlY)
/// phospholipase C (hlb)
LexA repressor (lexA)
exonuclease RexA (rexA)
excinuclease ABC, A subunit (uvrA)
type I restriction-modification enzyme, R subunit
9.6
14.4
8.4
6.7
4.7
2.6
2.2
4.2
BMB9393
62.8
„
Balaban e colaboradores - YSPWTNFNH2 – No qual a
cisteína foi substituida por um triptofano e obteve um
peptídeo linear (forma amida).
„
Esse grupo publicou alguns trabalhos mostrando que o
RIP inibe formação de biofilme in vitro e infecções
associadas ao biofilme em modelos animais.
„
Sugeriram que os cateteres poderiam ser cobertos com
RIP para se evitar infecções associadas a tais
dispositivos médicos.
QS tipo LuxR/I em P. aeruginosa
„
Regula genes envolvidos na aderência e
persistência da bactéria no hospedeiro
–
–
–
–
Elastina
Exotocina A
Piocianina
Biofilme (alginato mucóide + microagregado ce
células)
Inativação do QS diminui a virulência de P.
aeruginosa em animais e inibe a formação de
biofilme
Vibrio fischeri e a sinalização intraespécie
AHL de bactérias parece modular a
expressão gênica em mamíferos
– Dodecanoil-homoserina lactona de P.
aeruginosa regula expressão de várias
citocinas em células imunes
„
Extrato de alho reduziu a tolerância de P. aeruginosa à
tobramicina em molelo experimental (Rasmussen et al.
2005. J. Bacteriol.).
„
Azitromicina interfere com o QS de Pseudomonas
(Nalca et al. 2006. Antimicrob. Agent Chemother.).
„
Em conc. sub-inibitória 3-oxo-C12-HSL (P.
aeruginosa), inibiu expressão de sarA e do agr. Efeito
antagonista ao QS do S. aureus (Qazi et al. 2006.
Infect. Immun.).
Concluindo
1.
A virulência e a patogenicidade bacteriana é
multifatorial e multifacetada.
2.
Envolve uma enormidade de produtos bacterianos de
superfície ou secretados.
3.
A expressão desses produtos está sob um controle
refinado realizado por uma rede intrincada de
reguladores de virulência.
4.
Estudos globais da expressão gênica envolvendo
microarranjos de DNA poderão trazer importantes
avanços para a compreensão dos mecanismos
reguladores da patogênese bacteriana.
5. Devido ao aumento das taxas de multirresistência e a
escassez de drogas antimicrobianas disponíveis no
comércio, acredita-se que estudos sobre a regulação
gênica poderiam ser úteis para o desenvolvimento de
novas drogas para o controle e tratamento das doença
causadas por estes microrganismos.
6. Porém, tais estudos ainda são muito incipientes e uma
compreensão mais aprofundada desses mecanismos se
faz necessária.
Agradecimentos
Equipe
Bernadete Teixeira FerreiraFerreira-Carvalho
Leonardo Rocchetto Coelho
Maribel Martinez do Amaral
Raquel Rodrigues Souza
Rosania Paí
Paím Flores
Fabienne Antunes Ferreira
Colaboradores
Lenise Arneiro Teixeira (UFF)
Wanderley de Souza (UFRJ)
Richard Novick (NYU)
Paul Dunman (University of Nebraska)