Vesículas extracelulares do Gram

npj Biofilms and Microbiomes volume 9, Número do artigo: 30 (2023) Citar este artigo

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A microbiota intestinal agora é bem conhecida por afetar o sistema imunológico do hospedeiro. Uma forma de comunicação bacteriana com as células hospedeiras é através da secreção de vesículas, pequenas estruturas de membrana contendo várias cargas. Pesquisas sobre vesículas secretadas por bactérias intestinais Gram-positivas, seus mecanismos de interação com o hospedeiro e seus efeitos imunomoduladores ainda são relativamente escassas. Aqui, caracterizamos o tamanho, o conteúdo proteico e os efeitos imunomoduladores das vesículas extracelulares (EVs) secretadas por uma cepa simbionte intestinal humana Gram-positiva recém-sequenciada - Bifidobacterium longum AO44. Descobrimos que os EVs de B. longum exercem efeitos anti-inflamatórios, induzindo a secreção de IL-10 de esplenócitos e co-culturas de células dendríticas (DC)-CD4+. Além disso, o conteúdo de proteínas EVs mostrou enriquecimento em transportadores ABC, proteínas quorum sensing e proteínas extracelulares de ligação a solutos, que anteriormente demonstraram ter uma função proeminente no efeito anti-inflamatório de outras cepas de B. longum. Este estudo destaca a importância das vesículas bacterianas em facilitar os efeitos imunomoduladores das bactérias intestinais no hospedeiro e lança luz sobre as vesículas bacterianas como terapêutica futura.

Nas últimas duas décadas, muitos estudos demonstraram os efeitos profundos da microbiota intestinal na fisiologia humana1,2,3, com uma gama de funções benéficas predominantemente relacionadas à maturação e modulação do sistema imunológico3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14. Bactérias imunomoduladoras foram identificadas há muito tempo por nós e outros15,16,17,18, mas apenas algumas moléculas imunomoduladoras derivadas de bactérias foram caracterizadas19,20,21. As vesículas bacterianas ganharam interesse como uma entidade que pode interagir tanto com células bacterianas quanto com células hospedeiras22. As vesículas são estruturas de membrana secretadas por bactérias Gram-negativas e Gram-positivas. O tamanho das vesículas varia de 20 a 300 nm e carregam várias cargas, incluindo proteínas (tanto de membrana quanto citoplasmáticas), peptidoglicano, ácido nucléico e toxinas, bem como lipopolissacarídeos (LPS, em bactérias Gram-negativas). As vesículas interagem com bactérias e células hospedeiras internalizando e liberando sua carga. Essas interações tornam as vesículas ideais para entrega molecular de longa distância, seja para bactérias vizinhas ou para células imunes hospedeiras. Como tal, as vesículas bacterianas podem ser exploradas para potenciais terapêuticas23. Embora as vesículas produzidas por bactérias Gram-negativas sejam estudadas desde a década de 6024, a produção de vesículas extracelulares (EVs) por bactérias Gram-positivas foi demonstrada 30 anos depois25. Embora descoberto na década de 90, o interesse na vesiculogênese e efeitos imunomoduladores de EVs Gram-positivos aumentou na última década26,27, ainda, com a maior parte do foco em bactérias patogênicas como Staphylococcus aureus28, Mycobacterium tuberculosis29 e Bacillus anthracis30,31. Alguns estudos mostraram que apenas bactérias Gram-positivas metabolicamente ativas secretam EVs, diferentemente das bactérias Gram-negativas32,33, no entanto, estudos recentes sugerem que EVs também são secretadas em um processo de "morte celular borbulhante"34. Até o momento, há uma compreensão limitada dos fatores envolvidos na regulação genética da vesiculogênese e do estado de membrana da bactéria que permite a liberação de EVs26,35. Entre os membros da microbiota intestinal Gram-positivo, o gênero Bifidobacterium ganhou interesse, pois é conhecido por degradar oligossacarídeos do leite humano e é altamente prevalente no trato gastrointestinal de bebês amamentados36, bem como no intestino de adultos37. Além disso, verificou-se que espécies do gênero Bifidobacterium afetam tanto o sistema imune inato quanto o adaptativo, principalmente com efeitos anti-inflamatórios16,38, com algumas moléculas efetoras caracterizadas até o momento39,40. Embora várias moléculas extracelulares, como Bifidobacterium bifidum pili40 e exopolissacarídeos de Bifidobacterium breve39, demonstrem induzir efeitos anti-inflamatórios, os mecanismos pelos quais essas moléculas interagem com o hospedeiro não são totalmente compreendidos. Um membro importante do gênero Bifidobacterium é o Bifidobacterium longum. Esta espécie é altamente abundante no intestino humano, mesmo entre as espécies de Bifidobacterium41. B. longum demonstrou ter um efeito anti-inflamatório in vitro em linhagens celulares42, in vivo em modelos murinos43 e, mais importante, em ensaios clínicos de doenças inflamatórias intestinais (DII)44. Esses efeitos antiinflamatórios foram atribuídos principalmente à sua capacidade de reduzir o estresse oxidativo, regular negativamente a secreção de citocinas inflamatórias e aumentar o conteúdo de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA) no intestino45. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes às suas interações com o hospedeiro e os efeitos terapêuticos ainda não foram descobertos. Vários estudos destacam os EVs secretados por espécies de Bifidobacterium como anti-inflamatórios com potencial uso como adjuvantes no tratamento de alergias46,47. Por exemplo, vesículas de B. bifidum foram encontradas para interagir com células dendríticas (DCs), seguidas de diferenciação de células T reguladoras (T-regs)47. Curiosamente, um estudo recente destacou o potencial das vesículas de B. longum no alívio da alergia alimentar por meio da indução de apoptose em mastócitos46. Embora os estudos sobre os efeitos imunomoduladores das vesículas de simbiontes intestinais Gram-negativos e Gram-positivos estejam começando a surgir26, apenas alguns poucos descobriram as moléculas e os mecanismos subjacentes a esses efeitos. Além disso, EVs de várias cepas da mesma espécie mostraram induzir efeitos imunomoduladores distintos com diferentes mecanismos, destacando o grande potencial de vesículas derivadas de milhares de cepas bacterianas encontradas no intestino humano48. Aqui, demonstramos os efeitos imunomoduladores das vesículas bacterianas intestinais produzidas por uma cepa AO44 de Bifidobacterium longum recém-sequenciada e anotada. Nossos resultados abrem um novo caminho para estudos futuros sobre os potenciais efeitos terapêuticos das vesículas bacterianas.