Patogénesis Bacteriana

Resumen

Nuestro laboratorio ha efectuado hallazgos y desarrollado herramientas de estudio acerca de mecanismos moleculares de transducción de señales en las enterobacterias Salmonella enterica y Serratia marcescens, enteropatógenos primario y oportunista, respectivamente. Nos focalizamos en caracterizar los sistemas de transducción de señales de la familia de dos componentes (TCS), reguladores centrales que vinculan señales del medio ambiente extra- e intra-hospedador y modulan la expresión témporo-espacial de fenotipos clave en la progresión de las infecciones bacterianas. Debido a la incidencia global de las infecciones bacterianas, y la adquisición de resistencia y progresiva pérdida de efectividad de las drogas anti-bacterianas, abordamos el desafío de desarrollar estrategias para rastreo, identificación y/o síntesis de nuevos agentes químicos que bloqueen la virulencia, con blanco en TCS y en efectores de patogenicidad.

Líneas de Investigación

Rastreo, identificación y caracterización de compuestos inhibitorios de la virulencia bacteriana

El éxito en el tratamiento de la mayoría de las enfermedades infecciosas se ve actualmente amenazado por el aumento de patógenos con resistencias múltiples a antibióticos, lo que convierte en inefectivos los fármacos utilizados en la actualidad. Esto hace perentorio el descubrimiento y desarrollo de nuevos agentes antibacterianos con blancos de acción alternativos. Nuestro grupo de trabajo se aboca a identificar compuestos que ejercen su acción sobre blancos bacterianos implicados en mecanismos de patogenia bacteriana con el objeto de desarrollarnuevas drogas de anti-virulencia como agentes farmacológicos antimicrobianos.

Desde su inicio, nuestro grupo de trabajo se ha dedicado al análisis de los sistemas regulatorios pertenecientes a la familia “de dos componentes”, con énfasis la cascada regulatoria controlada por el sistema PhoP/PhoQ de Salmonella enterica. Este sistema de transducción de señales controla la expresión de más de 60 genes involucrados en la homeostasis de Mg2+, la resistencia a péptidos microbicidas, la internalización en células no fagocíticas, y la sobrevida de Salmonella en diferentes etapas del ciclo infectivo en el hospedador. A través de técnicas bioquímicas, genéticas y de biología molecular hemos definido aspectos esenciales en la modulación de las reacciones que gobiernan la transducción de la señal de PhoP/PhoQ: detección de señales inductoras, especificidad del reconocimiento entre los componentes, reacciones de fosfotransferencia, y citolocalización dinámica del sistema. Paralelamente, determinamos la identidad, mecanismos de regulación de la expresión y función de genes que integran el regulón PhoP/PhoQ. Con este bagaje de conocimientos y teniendo en cuenta la presencia diferencial de los sistemas de dos componentes, ubicuos en bacterias y ausentes en mamíferos, el objetivo de esta línea de trabajo se centra en la identificación de moléculas capaces de actuar como señales moduladoras del sistema PhoP/PhoQ, con potencial aplicación farmacológica.

Regulación de la expresión génica y efectores de virulencia en bacterias patógenas

S. marcescens es agente etiológico de infecciones urinarias y respiratorias, endocarditis, osteomielitis, infecciones oculares y de heridas, meningitis y septicemia. Serratia posee alta prevalencia en individuos inmunocomprometidos y en unidades de cuidados intensivos neonatales. El análisis de la patogenia de bacterias oportunistas como S. marcescens, con alta incidencia en países sub-desarrollados o en desarrollo, priorizan el estudio de multi-resistencias antibióticas. Este conocimiento brinda herramientas para la adopción de estrategias terapéuticas inmediatas, pero son de limitada aplicación a mediano plazo. Por el contrario, en la mayoría de estos patógenos ha permanecido relegado el análisis de mecanismos y factores de virulencia involucrados en interacción bacteria-hospedador a largo plazo (colonización, invasión y diseminación) señalando nuevos blancos para el desarrollo de terapéuticas alternativas.

Nuestro grupo de trabajo demostró que Serratia marcescens en interacción con células epiteliales (no fagocíticas), tiene no sólo capacidad de internalizarse sino también de sobrevivir y replicarse intracelularmente. Mostramos que la vacuola que contiene a Serratia trafica de modo divergente de la ruta canónica, bloqueando la vía degradativa y evitando los mecanismos fisiológicos de eliminación. Luego de proliferar intracelularmente, Serratia egresa desde la célula hospedadora mediante un mecanismo no-lítico inducido por la expresión de un efector bacteriano, asegurando su diseminación.

En paralelo, demostramos que fenotipos tales como la motilidad swimming y swarming de Serratia, la adherencia bacteriana a la célula hospedadora, los niveles de expresión de las citolisinas ShlA y PhlA, y la capacidad de producción de vesículas de membrana externa (outer membrane vesicles) están regulados por el estado de activación del sistema regulatorio Rcs en respuesta a señales inductoras medioambientales. Estos resultados ponen de manifiesto que el sistema Rcs es clave en la regulación temporal y espacial de la patogenicidad de Serratia.

En suma, nuestro grupo de trabajo ha revelado la presencia de un repertorio de mecanismos regulatorios adaptativos y efectores específicos puestos en juego por este patógeno oportunista para asegurar su sobrevida, proliferación y propagación tanto en ambientes extra- como intra-hospedador. Por sus características, Serratia constituye un excelente modelo de estudio para efectuar nuevas contribuciones al entendimiento tanto de la fisiología bacteriana como de la interrelación patógeno-hospedador.

Publicaciones Seleccionadas

  • A natural product from Streptomyces targets PhoP and exerts antivirulence action against Salmonella enterica. J. Antimicrobial Chemotherapy. In press. DOI: 10.1093/jac/dkac278. Bruna RE, Casal A, Bercovich B, Gramajo H, Rodríguez E and García Véscovi E* (2022).
  • Effect-Directed Synthesis of PhoP/PhoQ Inhibitors to Regulate Salmonella Virulence, J. Agric. Food Chem., 70, 22, 6755–6763. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c01087 Cabezudo I, Lobertti CA., García Véscovi* E and Furlan  RLE* (2022).
  • The fliR gene contributes to the virulence of S. marcescens in a Drosophila intestinal infection model. Sci Rep Feb 23;12(1):3068. doi: 10.1038/s41598-022-06780-w. Sina Rahme B, Lestradet M, Di Venanzio G, Ayyaz A, Yamba MW, Lazzaro M, Liégeois S, Garcia Véscovi E, Ferrandon D (2022).
  • Histone-like nucleoid-structuring protein (H-NS) regulatory role in antibiotic resistance in Acinetobacter baumannii. Sci Rep. 11, 18414. https://doi.org/10.1038/s41598-021-98101-w, Rodgers D, Le C, Pimentel C, Tuttobene MR, Subils T, Escalante J, Nishimura B, Vescovi EG, Sieira R, Bonomo RA, Tolmasky ME, Ramirez MS. (2021).
  • Serratia marcescens RamA expression is under PhoP-dependent control and modulates lipid A-related genes transcription and antibiotic resistance phenotypes. J. Bacteriol. (2021) Jun 8;203(13):e0052320. doi: 10.1128/JB.00523-20.Mariscotti, JF, García Véscovi, E*. (2021).
  • PhoQ is an unsaturated fatty acid receptor that fine-tunes Salmonella pathogenic traits. Sci. Signaling. Carabajal, MA , Viarengo G , Yim, L , Martínez-Sanguiné, A ,  Mariscotti , JF,  Chabalgoity, JA ,  Rasia, RM 1 3, García Véscovi, E*. 13(628):eaaz3334. doi: 10.1126/scisignal.aaz3334. (2020).
  • Quinazoline-Based Antivirulence Compounds Selectively Target Salmonella PhoP/PhoQ Signal Transduction System. Antimicrobial Agents and Chemotherapy AAC.01744-19. doi: 10.1128/AAC.01744-19. Carabajal MA, Asquith CRM, Laitinen T, Tizzard, GJ, Yim L, Rial A, Chabalgoity JA, Zuercher WJ, García Véscovi E*. (2019).
  • Selective blockage of Serratia marcescens ShlA by nickel inhibits the pore-forming toxin-mediated phenotypes in eukaryotic cells. Cell Microbiol. May 17:e13045. doi: 10.1111/cmi.13045.Lazzaro M, Krapf D, García Véscovi E*.(2019).
  • CpxR-dependent thermoregulation of Serratia marcescens PrtA metalloprotease expression and its contribution to bacterial biofilm formation. J Bacteriol. doi: 10.1128/JB.00006-18. Bruna RE, Molino ME, Lazzaro M, Mariscotti JF and García Véscovi E*. (2018).
  • A transcriptional regulatory mechanism finely tunes the firing of Type VI Secretion System in response to bacterial enemies. mBio. Aug 22;8 (4). pii: e00559-17. doi: 10.1128/mBio.00559-17.Lazzaro M, Feldman MF and García Véscovi E* (2017).

*EGV corresponding author

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