Transducción de Señales en Bacterias Patógenas

Resumen

Las bacterias tienen la capacidad de detectar e integrar diferentes señales presentes en el medioambiente y montar respuestas adaptativas adecuadas. La investigación que se lleva adelante en mi laboratorio se centra en el análisis de mecanismos de señalización ambiental que modulan la expresión de factores requeridos por el patógeno Salmonella enterica para su replicación tanto durante el proceso infeccioso como en el medio ambiente, donde se encuentra contaminando agua y alimentos. Esto incluye el análisis de señales externas que modulan la actividad biológica de sistemas de regulación transcripcional, y la caracterización funcional de estos sistemas y de los genes bajo su control. Nuestros estudios involucran el uso de estrategias genéticas, bioquímicas y de biología molecular, incluyendo el uso de técnicas espectroscópicas y estructurales para el análisis de los distintos factores. Nos proponemos además utilizar estas vías de señalización para generar herramientas con utilidad tecnológica.

Líneas de Investigación

Análisis molecular y funcional de la resistencia a metales de transición en Salmonella enterica y su rol en patogénesis

Investigador Responsable: Fernando C. Soncini – soncini@ibr-conicet.gov.ar

Nuestro grupo está focalizado en la caracterización de sistemas de reconocimiento de cobre e iones afines que controlan la expresión de factores involucrados en el control de la homeostasis de este metal en Salmonella. Numerosas evidencias indican que estos sistemas son relevantes para la virulencia de patógenos intracelulares tales como Mycobacterium tuberculosis y Salmonella enterica. Entre estos sistemas nos centramos particularmente en la caracterización de dos sensores/reguladores transcripcionales altamente homólogos de Salmonella, CueR y GolS, que controlan la expresión de sistemas involucrados en la resistencia a cobre, plata y oro. Actualmente estamos llevando a cabo el análisis funcional y estructural de los factores controlados por estos reguladores; en particular, los productos de los genes específicos de Salmonella, como la proteína responsable de la homeostasis periplásmica de cobre CueP, y el sistema de eflujo tripartito GesABC que confiere resistencia a oro y a diversos xenobióticos. El análisis de la respuesta global de Salmonella a cobre nos permitió identificar factores involucrados en la resistencia a este metal, en particular, el sistema de traducción de señales Cpx, que interviene no sólo controlando genes responsables del mantenimiento homeostático de la envoltura celular sino también del co-control de genes involucrados de la distribución del metal en el periplasma.

Diseño de biosensores bacterianos para la detección de metales pesados

Investigador Responsable: Susana K. Checa – checa@ibr-conicet.gov.ar

Los biosensores bacterianos son microorganismos modificados genéticamente para acoplar la detección de un compuesto determinado a la producción de un reportero fácilmente cuantificable. El desarrollo de estos dispositivos para la detección de metales pesados ha cobrado especial relevancia en los últimos años, ya que además de ser económicos reportan únicamente la fracción del metal que se encuentra biodisponible, y por lo tanto son especialmente útiles para evaluar riesgo ambiental. En nuestro laboratorio hemos desarrollado el primer biosensor bacteriano fluorescente selectivo para la detección de oro, y otros no selectivos que detectan un amplio espectro de metales, incluyendo mercurio, plomo y cadmio, metales altamente peligrosos para el hombre (Figura 1). Con el objetivo de generar nuevas y más eficientes herramientas de detección, nos proponemos modificar mediante evolución dirigida la proteína sensora de estos dispositivos a fin de obtener sistemas bioreporteros que detecten selectivamente diferentes metales tóxicos, tales como mercurio, cinc, plomo, cadmio o cobalto, entre otros. Nos proponemos además optimizar procedimientos de inmovilización y preservación de las bacterias bioreporteras a fin de posibilitar la construcción de instrumentos o dispositivos de medición de utilidad en la evaluación de aguas de consumo o efluentes industriales.

Control de la virulencia y el establecimiento de vida sésil por reguladores transcripcionales específicos de Salmonella

Investigador Responsable: Fernando C. Soncini – soncini@ibr-conicet.gov.ar

El control de la transición entre vida motil y el establecimiento de vida sésil, comunitaria, es esencial para la supervivencia de la bacteria en ambientes hostiles y para el establecimiento de numerosas infecciones. En este proyecto nos proponemos investigar la función de reguladores específicos de Salmonella requeridos para la virulencia de este patógeno e involucrados en el control del pasaje desde el estadio planctónico a sésil, con la consecuente inhibición de la expresión del flagelo, la estructuración de la biopelícula, y el aumento de la resistencia física y/o enzimática a antibióticos. En particular, nos proponemos caracterizar la o las señales que modulan la activación de estos reguladores, sus blancos de regulación, su interrelación funcional, y el rol de cada uno en la toma de decisión entre vida planctónica y sésil. Los resultados de estos estudios permitirán comprender estrategias desarrolladas por Salmonella para adaptarse a los cambios en el medioambiente que ocurren fundamentalmente durante el proceso infeccioso (ver Figura 2). Además, auxiliarán en la comprensión de mecanismos por los que un microbio puede reprogramar su forma de vida, alterando su expresión génica en respuesta a señales ambientales, así como a señales intracelulares. Se prevé que nuestros hallazgos proporcionen información valiosa como modelo de la regulación de genes en otras especies bacterianas, además de generar herramientas de utilidad tecnológica potencial en el diseño de nuevos agentes antimicrobianos.

Publicaciones Seleccionadas

  • Rico-Pérez, G., Pezza, A., De Pedro, M. A., Pucciarelli, G., Soncini, F. C., García-del Portillo, F. A novel peptidoglycan D,L-endopeptidase induced by Salmonella inside eukaryotic cells is required for virulence. Mol. Microbiol. 2015 Oct 14. doi: 10.1111/mmi.13248
  • Cerminati S, Soncini FC and Checa SK (2015) A sensitive whole-cell biosensor for the simultaneous detection of a broad-spectrum of toxic heavy metal ions. Chemical Communications, 51(27):5917-5920
  • Ibáñez MM, Checa SK and Soncini FC (2015) A single serine residue determines selectivity to monovalent metal ions in metalloregulators of the MerR family. Journal of Bacteriology 197(9):1606 –1613
  • Pontel LB, Checa SK and Soncini FC (2015) Bacterial copper resistance and virulence. In Metal microbe interactions. (Saffarini D, ed.) pp. 1-20. Springer International Publishing, AG, Cham
  • Soncini F. C. and Checa, S. K. (2014) Gold. In Binding, Transport and Storage of Metal Ions in Biological Cells. (Maret, W. and Wedd, A. G., eds.) The Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom
  • Pontel, L. B., Scampoli, N. L., Porwollik, S. Checa, S. K., McClelland, M. and Soncini F. C. (2014) Identification of a Salmonella ancillary copper detoxification mechanism by a comparative analysis of the genome-wide transcriptional response to copper and zinc excess. Microbiol. (SGM). Microbiology. 160:1659-69
  • Humbert, M. V., Rasia, R. M., Checa, S. K. and Soncini F. C. (2013) Protein signatures that promote operator selectivity among paralog MerR monovalent metal-ion regulators. J. Biol. Chem. 288(28):20510-9
  • Ibáñez, M. M., Cerminati, S., Checa, S. K. and Soncini F. C. (2013) Dissecting the metal-selectivity of MerR monovalent metal ion sensors in Salmonella. J. Bacteriol. 195(13):3084-92
  • Checa, S. K., Matías D. Zurbriggen and Soncini, F. C. (2012) Bacterial signaling systems as platforms for rational design of new generations of biosensors. Curr. Opin. Biotechnol. 23:766-772
  • Cerminati, S., Soncini, F.C., and Checa, S.K. (2011) Selective detection of gold using genetically engineered bacterial reporters. Biotechnol. Bioeng. 108, 2553-2560
  • Checa, S.K. and Soncini, F.C. (2011) Bacterial gold sensing and resistance. BioMetals 24, 419-427
  • Pérez Audero, M.E., Podoroska, B., Ibáñez, M.M., Cauerhff, A., Checa, S.K., and Soncini, F.C. (2010) Target transcription binding sites differentiate two groups of MerR-monovalent metal ion sensors. Mol. Microbiol. 78, 853–865
  • Pontel, L.B., and Soncini, F.C. (2009) Alternative periplasmic copper resistance mechanisms in Gram negative bacteria. Mol. Microbiol. 73, 212–225

Colaboradores

  • Dr. Francisco García del Portillo, del Departamento de Biología Celular y Molecular de Patógenos Bacterianos Intracelulares, Centro Nacional de Biotecnología, CNB, CSIC, España.

Subsidios

  • PICT-2015-2056. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT). "Control de la formación de biopelículas y la virulencia en Salmonella".
  • PICT-2015-2339. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT). "Generación de sensores biológicos sensibles y selectivos para evaluar contaminación de las aguas por metales pesados".
  • PICT-2013-1513. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT). "Homeostasis de cobre y su rol en la patogénesis de Salmonella".
  • PICT-2012-1496. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT). "Control de la virulencia y el establecimiento de vida sésil por reguladores transcripcionales específicos de Salmonella".
  • PIP 112-201101-00328. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. “Resistencia bacteriana a iones metálicos monovalentes: claves para el diseño racional de biosensores selectivos”.
  • BIO461. 2016-2019. Universidad Nacional de Rosario. "Análisis molecular y funcional de la resistencia a cobre y su relevancia para la patogénesis de Salmonella enterica".

Director

Soncini, Fernando C.
Sede CCT
Email: soncini@ibr-conicet.gov.ar
Tel: +54 341 4237070
Oficina Int: 647 / 637
Laboratorio Int: 622

Investigadores

  • Susana K. Checa

Becarios Post-Doctorales

  • Germán F. Giri

Becarios Doctorales

  • Nicolás R. Figueroa
  • María Carolina López
  • Nadia L. Scampoli
  • Ma. Laura Echarren
  • Julian Mendoza Fernadez

Tesinistas

  • Florencia Albanese Costanzo
  • Gonzalo Tulin
  • Rocío Sánchez
  • Juliana Delmonti

Imágenes

En el biosensor, el sensor genéticamente modificado detecta el metal (Me) e induce la expresión de una proteína fluorescente que produce una señal medible.

La inflamación intestinal provocada por Salmonella durante la gastroenteritis afecta la microflora. En este ambiente se estimula la producción extracelular de celulosa y fimbria tipo curli, que favorecen la supervivencia del patógeno.