Relação dos sistemas de reparo de DNA em Escherichia coli K-12 com resistência a antibióticos, características adesivas e formação de biofilme

As espécies reativas de oxigênio (ERO) são geradas durante o metabolismo celular normal e podem produzir vários danos oxidativos no DNA, tais como lesões nas bases nitrogenadas ou sítios apurínico/apirimidínico (AP). Essas lesões podem acarretar acúmulo de sítios de mutações, caso esses danos não sejam reparados. Entretanto, as bactérias possuem vários mecanismos de defesa contra as ERO que desempenham um importante papel na manutenção da fisiologia. O objetivo deste trabalho foi o de avaliar se sistemas enzimáticos, como o reparo por excisão de bases (BER), sistema SOS e SoxRS, interferem em respostas como a sensibilidade aos antibióticos, aderência das células bacterianas a superfícies bióticas ou abióticas e formação de biofilme. Os mutantes utilizados no presente estudo são todos derivados de Escherichia coli K-12 e os resultados obtidos mostraram que, dos mutantes BER testados, o único que apresentou diferença no perfil de sensibilidade aos antimicrobiamos em relação à cepa selvagem (AB1157) foi o mutante xthA- (BW9091), deficiente em exonuclease III. No teste de aderência qualitativo realizado com linhagem de células HEp-2 (originária de carcinoma de laringe humana) foi observado que onze cepas da nossa coleção, apresentaram um padrão denominando like-AA, contrastando com o que era esperado para as cepas de E. coli utilizadas como controle negativo, que apresentam aderência discreta sem padrão típico. A aderência manose-sensível via fímbria do tipo I avaliada nesse estudo mostrou que essa fimbria, possui um papel relevante na intensidade da aderência e filamentação nessas cepas estudas. A filamentação é uma resposta SOS importante para que o genoma seja reparado antes de ser partilhado pelas células filhas. Além disso, com relação à formação de biofilme, oito cepas apresentaram um biofilme forte sendo que essa resposta não foi acompanhada pelo aumento da intensidade de filamentação. Nossos resultados em conjunto sugerem o envolvimento de estresse oxidativo na definição de parâmetros como sensibilidade a antimicrobianos, padrão e intensidade de aderência, filamentação e formação de biofilme nas amostras de E. coli K-12 avaliadas neste trabalho. Sugerimos que a aderência gera estresse oxidativo causando danos no DNA, o que leva a indução do sistema SOS resultando na resposta de filamentação observada.

The reactive oxygen species (ROS) are generated during normal cellular metabolism and can produce several oxidative damage in the DNA, such as lesion nitrogen bases or apurinic/apirimidinic (AP) sites. These lesions may lead to the accumulation of mutations site, if such damages are not repaired. However, the bacteria have several mechanisms of protection against the ROS which play an important role in the maintenance of physiology. The objective of this study was to assess whether enzymatic systems, such as base excision repair (BER), SoxRS and SOS systems are capable to interfere with bacterial response to environmental signals such as susceptibility to antibiotics, and microbial adherence to biotic (HEp-2 cells) and abiotic surfaces (biofilm formation). The mutant strains used in this study were derivatives of Escherichia coli K-12. It was observed that the sole mutant presenting differences in antimicrobial susceptibility in relation to the parental wild type strain (AB1157) was BW9091 (xthA- -deficient in exonuclease III). Nevertheless, 11 strains with deficiency in different protective mechanisms to oxidative stress, presented differences in adherence patterns to HEp-2 cells, demonstrating an aggregative-like adherence in relation to the parental strain AB1157 (without a typical adherence pattern). Presence of mannose (a carbohydrate capable to block type I-mediated fimbriae adherence) was capable to interfere with both quantitative adherence and filamentation of bacterial cells. Filamentation is an important SOS response observed in genome repair during bacterial cell division. Furthermore, with respect to the formation of biofilms, 8 strains showed a strong biofilm formation where this response was not accompanied by increased in intensity of filamentation. Our results suggest the involvement of oxidative stress in the definition of parameters such as sensitivity to antimicrobials, pattern and intensity of adhesion, and filamentous formation of biofilms in the samples of E. coli K-12 assessed in this study. We suggest that adherence generates oxidative stress causing damage to the DNA, which leads to induction of the SOS system resulting in the filamentation.