Caracterização da superexpressão do fator sigma ECF σx em Pseudomonas aeruginosa PA14 / Characterization ofthe ECF sigma fator σx overexpression in Pseudomonas aeruginosa PA14

RESUMO

Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama muito versátil, capaz de colonizar ambientes variados e infectar hospedeiros filogeneticamente distintos, incluindo humanos imunocomprometidos. Os fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) são membros de sistemas de sinalização de superfície celular (CSS), abundantes em P. aeruginosa. Vinte genes codificando fatores sigma ECF estão presentes nos genomas sequenciados de P. aeruginosa, a maioria fazendo parte de sistemas TonB relacionados à captação de ferro. Neste trabalho, seis fatores sigma pobremente caracterizados foram superexpressos na linhagem PA14 a partir de um promotor induzível por arabinose para investigar seu papel na expressão dos sistemas de dois componentes PvrSR e RcsCB, que atuam na regulação da fímbria CupD, além de sua influência no crescimento de culturas de P. aeruginosa. Não foi observado efeito positivo de nenhum dos fatores sigma testados na expressão dos sistemas de dois componentes e a superexpressão de cinco deles tampouco levou a qualquer alteração no crescimento, porém a produção de piocianina foi alterada na superexpressão de PA14_55550 e a superexpressão de PA14_26600 e PA14_46810 levou a um discreto aumento no início da formação de biofilme em PA14. Por outro lado, culturas superexpressando σx (ALB04) apresentaram um perfil alterado de lipopolissacarídeo e uma curva de crescimento bifásica, alcançando precocemente uma fase estacionária seguida de uma recuperação do crescimento até uma segunda fase estacionária. Durante a primeira fase estacionária, a maior parte das células aumenta de tamanho e morre, mas as células remanescentes retornam à morfologia selvagem e seguem para a segunda fase de crescimento exponencial. Isso não acontece devido a mutações compensatórias, uma vez que células coletadas de pontos tardios da curva e diluídas em meio novo repetem este comportamento. Apesar de trabalhos com a linhagem PAO1 associarem σx à transcrição de oprF, que codifica a principal porina não específica de Pseudomonas, nas condições dos nossos ensaios em PA14 a expressão dessa porina não foi induzida pela superexpressão de σx. Assim, os efeitos observados nessa superexpressão também não podem ser atribuídos a OprF. A transcrição de oprF em PA14 mostrou-se majoritariamente dependente da região promotora a que se atribui a ligação de σ70, ao contrário dos relatos na literatura da dependência da região de ligação a σx. Análises proteômicas foram realizadas para investigar os elementos envolvidos nesses efeitos de superexpressão de σx, o que revelou a indução de diversas enzimas envolvidas na via de biossíntese de ácidos graxos. As células superexpressando σx apresentam uma maior proporção de ácidos hexadecanoico (C16) e hexadecenoico (C161) e dados de anisotropia mostram uma maior fluidez da(s) membrana(s). Este trabalho é o primeiro relato de um fator sigma ECF envolvido em biossíntese de lipídeos em P. aeruginosa

ABSTRACT

Pseudomonas aeruginosa is a very versatile gammaproteobacteria, able to colonize different environments and to infect phylogenetically distinct hosts, including immunocompromised humans. The extracytoplasmic function sigma factors (ECFs) are members of cell signaling systems (CSS), abundant in P. aeruginosa. Twenty genes coding for ECF sigma factors are present in the sequenced genomes of P. aeruginosa, most of them being part of TonB systems related to iron uptake. In this work, six poorly characterized sigma factors were overexpressed in strain PA14 from an arabinose inducible promoter to investigate their role in the expression of the two-component systems PvrSR and RcsCB, which regulates CupD fimbria, and their influence in P. aeruginosa cultures growth. None of the tested sigma factors led to two-component systems upregulation and overexpression of five of them caused no change in the growth profile, but pyocyanin production was altered in PA14_55550 overexpression and PA14_26600 and PA14_46810 overexpression led to a slight increase in biofilm initiation in PA14. By the other side, cultures overexpressing σx (ALB04) presented an altered lipopolysaccharide profile and a biphasic growth curve, reaching an early stationary phase followed by a growth resuming untill a second stationary phase. During the early stationary phase, most cells swells and dies, but the remaining cells return to wild type morphology and proceed to the second exponential phase of growth. This is not due to compensatory mutations, since cells collected from late points of the curve and diluted in fresh medium repeat this behavior. Although studies with strain PAO1 associate σx with transcription of oprF, encoding the major nonspecific porin of Pseudomonas, under our experiments conditions with PA14, this porin expression is not induced by σx overexpression. Thus, the effects observed in this overexpression cannot be attributed to OprF. Transcription of oprF in PA14 proved to be mainly controlled by the σ70-dependent promoter region instead of the σx-dependent promoter region reported in the literature. Proteomic analyses were performed to investigate the elements involved in these effects of σx overexpression, which revealed the induction of several enzymes involved in fatty acids biosynthesis. Cells overexpressing σx exhibit a greater proportion of hexadecanoic (C16) and hexadecenoic (C16 1) acids and anisotropy data show higher fluidity of the membrane (s). This work is the first report of an ECF sigma factor involved in lipid biosynthesis in P. aeruginosa