Tese
Phenotypes regulated by N-acyl homoserine lactones in Salmonella enterica
Fenótipos regulados por N-acil homoserina lactonas em Salmonella enterica
Registro en:
FREITAS, Leonardo Luiz de. Phenotypes regulated by N-acyl homoserine lactones in Salmonella enterica. 2021. 70 f. Tese (Doutorado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.
Autor
Freitas, Leonardo Luiz de
Institución
Resumen
Quorum sensing (QS) is a bacterial communication system mediated by signaling molecules
that allow a microbial community to regulate a set of genes in a coordinated way. Different
mechanisms of cell-cell communication have been described in bacteria that infect humans,
including Salmonella. In this pathogen, the QS mediated by autoinducer 1 (AI-1), also known
as acyl homoserine lactones (AHLs), is incomplete due to the absence of proteins (LuxI or
homologous) responsible for the synthesis of these molecules. However, Salmonella has the
SdiA protein, homologous to the LuxR protein, which allows it to recognize and respond to
AHLs synthesized by other bacteria or added to the culture medium. The elucidation of
Salmonella virulence mechanisms regulated by AHLs may contribute to the development of
strategies to control this pathogen. Thus, the aims of the present study were to investigate the
function of the quorum signaling molecule, N-dodecanoyl homoserine lactone (C12-HSL), in
regulating virulence genes and general stress response, resistance to nisin bacteriocin and acid
stress, as well as to evaluate the influence of C12-HSL on the virulence of Salmonella
Enteritidis PT4, using Galleria mellonella larvae. In this study, the effect of extracts from the
culture medium of Rahnella inusitata containing AHLs on the adhesion and motility of Salmonella was also evaluated. Salmonella cells cultured in anaerobiosis at 37 °C in the
presence of 50 nM C12-HSL increased the expression of the phoP, phoQ, pmrA, and pmrB
genes that are directly involved with stress resistance, as well as increased nisin resistance and
to acid stress. Changes in cell membrane fatty acids and cell surface charge may have
contributed to the survival of the pathogen under stress conditions and in the reduction of
leakage of NADPH and potassium ions. Cultivation in the presence of C12-HSL also increased
the expression of the rpoS, arcA, arcB, and invA genes and the virulence of Salmonella
inoculated in the G. mellonella hemolymph, resulting in higher larval mortality, in addition to
increasing Salmonella survival in the hemolymph and within the hemocytes. G. mellonella
inoculated with Salmonella grown in the presence of C12-HSL increased the production of
pigment, nitric oxide, antioxidant enzymes, caspases-3 and LC3 in this model of infection. The
presence of R. inusitata extracts containing AHLs increased the adhesion of Salmonella in stainless steel coupons and motility. The demonstrated evidence that greater resistance to stress
and virulence in Salmonella Enteritidis PT4 are regulated by AHLs reinforce the need to deeply
understand the function of these signaling molecules in this pathogen, considering its
importance as an agent of foodborne diseases and responsible for thousands of deaths annually.
Keywords: Salmonella. Quorum sensing. N-acyl homoserine lactones. Virulence. Stress
resistance. Quorum sensing (QS) é um sistema de comunicação bacteriano mediado por moléculas químicas sinalizadoras que permitem a uma comunidade microbiana regular um conjunto de genes de forma coordenada. Diferentes mecanismos de comunicação célula-célula têm sido descritos em bactérias que infectam humanos, incluindo Salmonella. Nesse patógeno, o QS mediado pelo autoindutor 1 (AI-1), também conhecido como acil homoserina lactonas (AHLs), é incompleto em razão da ausência de proteínas (LuxI ou homóloga) responsáveis pela síntese dessas moléculas. Entretanto, Salmonella possui a proteína SdiA, homóloga a proteína LuxR, que permite reconhecer e responder às AHLs sintetizadas por outras bactérias ou adicionadas ao meio de cultura. A elucidação dos mecanismos de virulência de Salmonella regulados por AHLs poderá contribuir para o desenvolvimento de estratégias de controle desse patógeno. Assim, os objetivos do presente estudo foram investigar a função da molécula sinalizadora de quórum, N-dodecanoil homoserina lactona (C12-HSL), na regulação de genes de virulência e de reposta geral ao estresse, na resistência à bacteriocina nisina e ao estresse ácido, bem como avaliar a influência de C12-HSL na virulência de Salmonella Enteritidis PT4, usando larvas de Galleria mellonella. Nesse estudo, também foi avaliado o efeito de extratos do meio de cultura de Rahnella inusitata contendo AHLs na adesão e motilidade de Salmonella. Células de Salmonella cultivadas em anaerobiose a 37 °C na presença de 50 nM de C12-HSL aumentou a expressão dos genes phoP, phoQ, pmrA, e pmrB que estão diretamente envolvidos com a resistência a estresses, como também aumentou a resistência a nisina e ao estresse ácido. Alterações em ácidos graxos da membrana celular e na carga da superfície celular podem ter contribuído para a sobrevivência do patógeno em condições de estresses e na redução do extravazamento de NADPH e íons potássio. O cultivo na presença de C12-HSL também aumentou a expressão dos genes rpoS, arcA, arcB, e invA e a virulência de Salmonella inoculada na hemolinfa de G. mellonella, resultando em maior mortalidade das larvas, além de aumentar a sobrevivência de Salmonella na hemolinfa e dentro dos hemócitos. G. mellonella inoculada com Salmonella cultivada na presença de C12-HSL aumentou a produção de pigmento, óxido nítrico, enzimas antioxidantes, caspases-3 e LC3 nesse modelo de infecção. A presença de extratos de R. inusitata contendo AHLs aumentou a adesão de Salmonella em cupons de aço inoxidável e a motilidade. As evidências demonstradas de que maior resistência a estresses e virulência em Salmonella Enteritidis PT4 são regulados por AHLs reforçam a necessidade de compreender profundamente a função dessas moléculas sinalizadoras neste patógeno, considerando sua importância como agente de doenças de origem alimentar e responsável por milhares de mortes anualmente. Palavras-chave: Salmonella. Quorum sensing. N-acil homoserina lactonas. Virulência. Resistência a estresses. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPQ