A ribonuclease PNPase é um regulador chave da formação de biofilme em Listeria monocytogenes e afeta a invasão de células hospedeiras

npj Biofilms and Microbiomes volume 9, Número do artigo: 34 (2023) Cite este artigo

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Os biofilmes fornecem um ambiente que protege os microrganismos de estresses externos, como privação de nutrientes, tratamentos com antibióticos e defesas imunológicas, criando assim condições favoráveis ​​para a sobrevivência e patogênese bacteriana. Aqui mostramos que a proteína de ligação ao RNA e a ribonuclease polinucleotídeo fosforilase (PNPase) é um regulador positivo da formação de biofilme no patógeno humano Listeria monocytogenes, um dos principais responsáveis ​​pela contaminação de alimentos em ambientes de processamento de alimentos. A cepa mutante PNPase produz menos biomassa de biofilme e exibe uma morfologia de biofilme alterada que é mais suscetível ao tratamento com antibióticos. Através de ensaios bioquímicos e análises microscópicas, demonstramos que a PNPase é um regulador não reconhecido anteriormente da composição da matriz extracelular do biofilme, afetando fortemente os níveis de proteínas, DNA extracelular e açúcares. Vale ressaltar que adaptamos o uso do complexo fluorescente rutênio vermelho-fenantrolina para a detecção de polissacarídeos em biofilmes de Listeria. A análise transcriptômica de biofilmes de tipo selvagem e mutantes de PNPase revela que a PNPase afeta muitas vias regulatórias associadas à formação de biofilmes, particularmente afetando a expressão de genes envolvidos no metabolismo de carboidratos (por exemplo, lmo0096 e lmo0783, que codificam componentes PTS), de aminoácidos (por exemplo, lmo1984 e lmo2006, que codificam enzimas biossintéticas) e no sistema de detecção de quorum Agr (lmo0048-49). Além disso, mostramos que a PNPase afeta os níveis de mRNA do regulador mestre de virulência PrfA e genes regulados por PrfA, e esses resultados podem ajudar a explicar a menor internalização bacteriana em células humanas do mutante ΔpnpA. No geral, este trabalho demonstra que a PNPase é um importante regulador pós-transcricional para virulência e adaptação ao estilo de vida do biofilme de bactérias Gram-positivas e destaca o papel crescente das ribonucleases como atores críticos na patogenicidade.

Os biofilmes são o modo predominante de crescimento de microorganismos em ecossistemas naturais. No entanto, eles têm sido uma preocupação médica crescente, visto que 80% das infecções microbianas estão associadas a biofilmes1,2 e contribuem para a persistência de infecções crônicas3. Os biofilmes são definidos como comunidades de microrganismos que estão aderidos a superfícies bióticas ou abióticas e estão envolvidos em substâncias poliméricas extracelulares hidratadas (EPS) autoproduzidas, também conhecidas como matriz de biofilme4,5. Polissacarídeos, proteínas, fosfolipídios e ácidos nucléicos são os principais componentes da matriz extracelular do biofilme6. Microrganismos sésseis são protegidos pela matriz circundante e podem suportar estresses externos como privação de nutrientes e dessecação muito melhor do que bactérias planctônicas, além de serem muito menos suscetíveis à ação de agentes antimicrobianos e defesas imunológicas do hospedeiro7. A estrutura do biofilme permite o acúmulo de componentes das células lisadas e favorece a transferência horizontal de genes entre bactérias e a comunicação célula-célula6,8.

A formação de biofilme tem sido associada à virulência em várias bactérias patogênicas, promovendo a infecção. Listeria monocytogenes (Listeria) é uma bactéria patogênica Gram-positiva que causa a listeriose, uma das infecções alimentares mais letais em humanos9. Ele pode sobreviver intracelularmente, manipular as máquinas celulares do hospedeiro e escapar do sistema imunológico10. L. monocytogenes suporta condições ambientais adversas, como baixas temperaturas, baixo pH e altas concentrações de sal11. Além disso, pode aderir a diversos tipos de superfícies, persistir na forma de biofilmes em ambientes de processamento de alimentos e contaminar produtos alimentícios, tornando essa bactéria um grande fardo para a indústria alimentícia12,13,14,15. Quando cultivados em condições estáticas, os biofilmes de L. monocytogenes podem estar na forma de uma monocamada bacteriana16 ou formar um biofilme semelhante a um favo de mel17. Eles também podem formar estruturas em forma de bola sob condições de fluxo contínuo18.