Tese
Produção de vesículas de membrana externa de ecossistemas aquáticos em resposta à radiação ultravioleta e interação com vírus
Autor
Paiva, Juliana Gamalier de
Institución
Resumen
Production of outer membrane vesicles (OMVs), membrane-delimited structures with 20 to 300 nm in diameter, is an important process of secretion of Gramnegative bacteria. This process has been characterized in pathogenic bacteria, in which OMVs are involved in events of bacterial survival, cell signaling, secretion of virulence factors, pathogenesis, nutrient acquisition and biofilms formation, but it is still poorly known in bacteria from aquatic ecosystems. The formation and factors that influence the regulation and production of OMVs under stressful conditions require additional research. The goal of the present work was to investigate, the production of OMVs by Gram-negative bacteria obtained from aquatic ecosystems and cultured (non-axenic cultures) after exposure to ultraviolet radiation (UVR) or interaction with viruses, as environmental stressors. We analyzed cell density, viability and ultrastructure. First, we showed that UVR and virus infection induce bacterial death. Both stressors triggered a significant negative effect on cell density and viability after treatment. This decrease was directly associated with cell death, as corroborated by transmission electron microscopy (TEM) that revealed morphological changes and i viruses in the cytoplasm of degenerating bacteria. Second, detailed qualitative and quantitative ultrastructural analyzes demonstrated that bacteria are constitutively capable of releasing OMVs during their growth and amplify this ability when exposed to UVR or viral infection. Our studies captured the bacterial vesiculation process with clear visualization of the trilaminar structure of the secreted vesicles. Moreover, in parallel to increased vesiculation, we observed reduction in the size of the OMVs. This might be explained by the rapid production of these membranous structures, which may be affecting membrane replenishment and dynamics required for vesicle formation. Our findings recognize, for the first time, the secretory pathway through OMVs as a possible adaptive and protective response of bacteria from aquatic ecosystems to rapid changes in the environmental conditions. This is important to understand aspects from the bacterial community dynamics. A produção de vesículas de membrana externa (VMEs), estruturas delimitadas por membrana da ordem de 20 a 300 nm de diâmetro, é um importante processo de secreção de bactérias Gram-negativas. Este processo foi caracterizado em bactérias patogênicas, com envolvimento em eventos de sobrevivência bacteriana, sinalização celular e secreção de fatores de virulência, mas ainda é pobremente conhecido em bactérias de ecossistemas aquáticos. A formação e os fatores que influenciam a regulação e a produção de VMEs em condições estressoras ainda requerem pesquisas. O presente trabalho teve como objetivo investigar a produção de VMEs por bactérias Gram-negativas obtidas de ecossistemas aquáticos (culturas nãoaxênicas) após exposição à radiação ultravioleta (RUV) ou interação com vírus, como estressores ambientais. Foram analisadas densidade, viabilidade e ultraestrutura celulares. Primeiro, mostramos que a RUV e a infecção por vírus induzem morte bacteriana. Ambos estressores desencadearam um efeito negativo significativo na densidade e viabilidade celular após tratamento. Essa diminuição foi diretamente associada à morte celular, conforme corroborado por microscopia eletrônica de transmissão (MET) que revelou alterações morfológicas e vírus no citoplasma de bactérias em degeneração. Em segundo lugar, análises ultraestruturais qualitativas e quantitativas detalhadas demonstraram que as bactérias são constitutivamente capazes de liberar VMEs durante seu crescimento e amplificam significativamente essa habilidade quando expostas à RUV ou partículas virais.. Nossos estudos capturaram o processo de vesiculação bacteriano, com clara visualização da estrutura trilaminar da membrana de vesículas secretadas. Além disso, em paralelo ao aumento da vesiculação, nós observamos redução no tamanho das VMEs. Isto poderia ser explicado pela rápida produção dessas estruturas membranosas, o que poderia estar afetando o reabastecimento e dinâmica da membrana externa necessária para formação de vesículas. Nossos dados reconhecem, pela primeira vez, a via de secreção por VMEs como possível resposta adaptativa e protetora de bactérias de ecossistemas aquáticos a mudanças rápidas nas condições ambientais. Isto é importante para entender aspectos da dinâmica da comunidade bacteriana. FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais