Um gene previamente não caracterizado, PA2146, contribui para a formação de biofilme e tolerância a drogas em todo o ɣ

npj Biofilms and Microbiomes volume 8, Número do artigo: 54 (2022) Citar este artigo

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Estudos transcriptômicos revelaram um grande número de genes não caracterizados que são diferencialmente expressos em biofilmes, o que pode ser importante na regulação de fenótipos de biofilmes, como resistência a agentes antimicrobianos. Para identificar genes de biofilme de função desconhecida em P. aeruginosa, utilizamos RNA-seq e selecionamos 27 genes não caracterizados que foram induzidos no crescimento do biofilme. Os biofilmes pelos respectivos mutantes foram subsequentemente analisados ​​quanto a duas características do biofilme, a arquitetura do biofilme e a suscetibilidade às drogas. A triagem revelou que 12 dos 27 genes contribuem para a formação do biofilme e 13 para a suscetibilidade a drogas, com 8 genes afetando ambos os fenótipos do biofilme. Entre os genes que afetam ambos os fenótipos do biofilme estava o PA2146, que codifica uma pequena proteína hipotética que exibiu alguns dos aumentos mais substanciais na abundância de transcritos durante o crescimento do biofilme por P. aeruginosa PAO1 e isolados clínicos. PA2146 é altamente conservado em ɣ-proteobactérias. A inativação de PA2146 afetou ambos os fenótipos de biofilme em P. aeruginosa PAO1, com a inativação de homólogos em Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli tendo efeitos semelhantes. A expressão heteróloga de homólogos de PA2146 complementou o ∆PA2146 de P. aeruginosa, sugerindo que os homólogos de PA2146 substituem e desempenham um papel semelhante ao PA2146 em P. aeruginosa.

As bactérias crescem preferencialmente como comunidades de biofilme em diversos ambientes, incluindo o ambiente natural, sistemas industriais e a esfera médica1,2,3. O crescimento dentro de biofilmes oferece proteção contra condições adversas, como defesa contra protozoários em ambientes marinhos, resistência a agentes antimicrobianos durante a descontaminação de equipamentos industriais e médicos e evasão de respostas imunes do hospedeiro durante infecções4,5,6,7. A evidência desse modo protegido de crescimento aparece no início do registro fóssil (~ 3,25 bilhões de anos atrás) e é comum em uma ampla gama de organismos nas linhagens Archaea e Bacteria, sugerindo que o crescimento do biofilme seja um componente integral do ciclo de vida procariótico8 . De fato, estudos de biofilmes formados por diversos procariotos revelaram tendências comuns e características fenotípicas de biofilmes, conforme abordado por várias revisões9,10,11,12. Essas tendências comuns incluem comunicação célula a célula ou detecção de quorum (QS), a produção de substâncias poliméricas extracelulares para formar uma matriz protetora, a presença de eDNA como um componente da matriz e a modulação da motilidade, adesinas e c-di -Os níveis de GMP foram identificados como fatores-chave na formação de biofilmes. Além disso, a regulação positiva de genes envolvidos na adaptação à fase estacionária, estresse ambiental e anaerobiose foram identificados como características comuns associadas ao crescimento do biofilme13,14. Tomados em conjunto, esses achados levaram à noção de que as células do biofilme são distintas das células da fase estacionária e possuem certas características que são mais comuns em células associadas a biofilmes do que em células planctônicas.

Estudos transcriptômicos também revelaram um grande número de genes/proteínas não caracterizados sendo induzidos no crescimento do biofilme. De fato, genes hipotéticos hipotéticos e conservados constituíram a maior categoria de genes diferencialmente regulados. Usando RNA-seq, Iraola et al.15 descobriram que 289 de 575 (50%) genes são expressos diferencialmente sob condições associadas ao crescimento de biofilme por Leptospira biflexa que foram anotados como genes hipotéticos codificadores de proteínas. Whiteley et al.16 determinaram que a formação de biofilme por P. aeruginosa coincidiu com cerca de 34% dos 73 genes regulados por biofilme codificados por proteínas hipotéticas de função desconhecida. Além disso, a exposição dos biofilmes à tobramicina coincidiu com a expressão diferencial de 20 genes, 12 dos quais foram classificados como genes codificadores de proteínas hipotéticas de função desconhecida16. Da mesma forma, uma análise transcriptômica realizada por Seneviratne et al.17 indicou a formação de biofilme de Enterococcus faecalis e resistência a agentes antimicrobianos, incluindo arsênico, para coincidir com a expressão diferencial de um grande número de genes putativos. Em um esforço para determinar genes correlacionados com o modo de crescimento associado à superfície por Vibrio cholerae, Moorthy e Watnick18 identificaram 12 grupos de genes que codificam proteínas de função desconhecida que demonstraram padrões de expressão semelhantes sob condições associadas à superfície, incluindo crescimento como monocamadas ou biofilmes, comparados ao modo planctônico de crescimento.