Multiple N-acyl-L-homoserine lactone signal molecules regulate production of virulence determinants and secondary metabolites in Pseudomonas aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa produces a spectrum of exoproducts many of which have been implicated in the pathogenesis of human infection. Expression of some of these factors requires cell-cell communication involving the interaction of a small diffusible molecule, an "autoinducer," with a positive transcriptional activator. In P. aeruginosa PAO1, LasI directs the synthesis of the autoinducer N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (OdDHL), which activates the positive transcriptional activator, LasR. Recently, we have discovered a second signaling molecule-based modulon in PAO1, termed vsm, which contains the genes vsmR and vsmI. Using HPLC, mass spectrometry, and NMR spectroscopy we now establish that in Escherichia coli, VsmI directs the synthesis of N-butanoyl-L-homoserine lactone (BHL) and N-hexanoyl-L-homoserine lactone (HHL). These compounds are present in the spent culture supernatants of P. aeruginosa in a molar ratio of approximately 15:1 and their structures were unequivocally confirmed by chemical synthesis. Addition of either BHL or HHL to PAN067, a pleiotropic P. aeruginosa mutant unable to synthesize either of these autoinducers, restored elastase, chitinase, and cyanide production. In E. coli carrying a vsmR/vsmI'::lux transcriptional fusion, BHL and HHL activated VsmR to a similar extent. Analogues of these N-acyl-L-homoserine lactones in which the N-acyl side chain has been extended and/or oxidized at the C-3 position exhibit substantially lower activity (e.g., OdDHL) or no activity (e.g., dDHL) in this lux reporter assay. These data indicate that multiple families of quorum sensing modulons interactively regulate gene expression in P. aeruginosa.

The algT (algU) gene of Pseudomonas aeruginosa, a key regulator involved in alginate biosynthesis, encodes an alternative sigma factor (sigma E).

Chronic infection by alginate-producing (mucoid) Pseudomonas aeruginosa is the leading cause of mortality among cystic fibrosis (CF) patients. During the course of sustained infection, the production of an alginate capsule protects the bacteria and allows them to persist in the CF lung. One of the key regulators of alginate synthesis is the algT (algU) gene encoding a putative alternative sigma factor (sigma E). AlgT was hyperproduced and purified from Escherichia coli. The N-terminal sequence of the purified protein matched perfectly with that predicted from the DNA sequence. The purified protein, in the presence of E. coli RNA polymerase core enzyme, was able to initiate transcription of an algT promoter. Deletion of the -35 region of this promoter abolished this activity in vitro as well as in vivo. These data indicate that the algT gene encodes a sigma factor that is autoregulatory.

Integration host factor suppresses promiscuous activation of the sigma 54-dependent promoter Pu of Pseudomonas putida.

In the presence of m-xylene, the Pu promoter of the TOL plasmid of Pseudomonas putida is activated by the prokaryotic enhancer-binding protein XylR. The intervening DNA segment between the upstream activating sequences (UASs) and those for RNA polymerase binding contains an integration host factor (IHF) attachment site that is required for full transcriptional activity. In the absence of IHF, the Pu promoter can be cross-activated by other members of the sigma 54-dependent family of regulatory proteins. Such illegitimate activation does not require the binding of the heterologous regulators to DNA and it is suppressed by bent DNA structures, either static or protein induced, between the promoter core elements (UAS and RNA polymerase recognition sequence). The role of IHF in some sigma 54 promoters is, therefore, not only a structural aid for assembling a correct promoter geometry but also that of an active suppressor (restrictor) of promiscuous activation by heterologous regulators for increased promoter specificity.

Autoinducer-mediated regulation of rhamnolipid biosurfactant synthesis in Pseudomonas aeruginosa.

The opportunistic human pathogen Pseudomonas aeruginosa produces a variety of virulence factors, including exotoxin A, elastase, alkaline protease, alginate, phospholipases, and extracellular rhamnolipids. The previously characterized rhlABR gene cluster encodes a regulatory protein (RhlR) and a rhamnosyltransferase (RhlAB), both of which are required for rhamnolipid synthesis. Another gene, rhII, has now been identified downstream of the rhlABR gene cluster. The putative RhlI protein shares significant sequence similarity with bacterial autoinducer synthetases of the LuxI type. A P. aeruginosa rhlI mutant strain carrying a disrupted rhlI gene was unable to produce rhamnolipids and lacked rhamnosyltransferase activity. Rhamnolipid synthesis was restored by introducing a wild-type rhlI gene into such strains or, alternatively, by adding either the cell-free spent supernatant from a P. aeruginosa wild-type strain or synthetic N-acylhomoserine lactones. Half-maximal induction of rhamnolipid synthesis in the rhlI mutant strain required 0.5 microM N-butyrylhomoserine lactone or 10 microM N-(3-oxohexanoyl)homoserine lactone. The P. aeruginosa rhlA promoter was active in the heterologous host Pseudomonas putida when both the rhlR and rhlI genes were present or when the rhlR gene alone was supplied together with synthetic N-acylhomoserine lactones. The RhlR-RhlI regulatory system was found to be essential for the production of elastase as well, and cross-communication between the RhlR-RhlI rhamnolipid regulatory system and the LasR-LasI elastase regulatory system was demonstrated.

Avaliação da qualidade microbiológica, contagem de Pseudomonas spp, e sua importância durante a obtenção e armazenamento de leite cru refrigerado no período de seca e chuva

Na propriedade rural, onde o leite cru refrigerado fica armazenado até a captação pelo caminhão tanque em coleta a granel, o mesmo é mantido a temperatura de refrigeração entre 1 a 4ºC por longos períodos (até 96 horas), os microrganismos psicrotróficos encontram condições favoráveis para sua multiplicação, produzindo enzimas proteolíticas e lipolíticas termotolerantes, podendo provocar alterações indesejáveis no leite e nos seus derivados. Quando estes microrganismos estão presentes em elevadas populações, pode ser indicativo de baixa qualidade do leite e insatisfatória condições sanitárias para o processamento. Devido a necessidade da melhora da qualidade dos produtos lácteos, objetivou-se a execução desta pesquisa realizando levantamentos sobre o cumprimento dos padrões microbiológicos exigidos pela atual legislação brasileira IN 62 (BRASIL, 2011), pesquisas sobre os microrganismos psicrotróficos, Pseudomonas spp. e produção de enzimas proteolítica e lipolítica por Pseudomonas spp. As coletas foram realizadas em 10 propriedades do Estado de São Paulo na Regional Agrícola do Escritório de Desenvolvimento Rural - EDR Limeira - SP, sendo, 5 propriedades com ordenha manual e 5 propriedades com ordenha mecânica, nos períodos de chuva e seca e em vários pontos durante a obtenção do leite cru refrigerado e também do leite com intervalo de 24 horas até a captação deste leite pelo caminhão. As médias das populações dos microrganismos mesófilos na ordenha manual, foi diferente estatisticamente significativo no leite recém ordenhado (1,52×106 UFC.mL-1) para o leite com 24 horas de armazenamento (2,67×107 UFC.mL-1) no período chuvoso, e na ordenha mecânica, o encontrado foi uma diferença estatisticamente significativa no leite recém ordenhado (3,87×106 UFC.mL-1) para o leite com 24 horas de armazenamento (9,82×108 UFC.mL-1) também no período chuvoso. Nas populações dos microrganismos psicrotróficos, suas médias diferiram estatisticamente na ordenha manual no período da chuva no leite recém ordenhado (1,48×104 UFC.mL-1) para o leite com 48 horas de armazenamento (1,49×105 UFC.mL-1) e na ordenha mecânica, o leite recém ordenhado (8,74×103 UFC.mL-1), com 24 horas de armazenamento (4,33×104 UFC.mL-1) não diferiram entre si e foram diferentes estatisticamente do leite com 48 horas de armazenamento (3,46×105 UFC.mL-1) apresentaram valor elevado, principalmente quando o leite cru refrigerado permanece por longos períodos de armazenamento na propriedade rural, que pode ser um sério fator de comprometimento pela produção de lipases ou proteases principalmente pelas Pseudomonas spp. onde em todos os pontos amostrados foram isolados este microrganismo produzindo enzimas (lipase e/ou protease). A maior porcentagem de atividade lipolítica foi verificada no período seco, já a maior porcentagem de atividade proteolítica foi verificada no período chuvoso. Contudo, deve-se intensificar as medidas de autocontrole para minimizar os efeitos dos microrganismos mesófilos e psicrotróficos sobre a qualidade do leite cru refrigerado e, consequentemente, de seus derivados.

Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.

Impacto da colonização por Pseudomonas aeruginosa na fibrose quística

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

The Multiple Signaling Systems Regulating Virulence in Pseudomonas aeruginosa

Cell-to-cell communication is a major process that allows bacteria to sense and coordinately react to the fluctuating conditions of the surrounding environment. In several pathogens, this process triggers the production of virulence factors and/or a switch in bacterial lifestyle that is a major determining factor in the outcome and severity of the infection. Understanding how bacteria control these signaling systems is crucial to the development of novel antimicrobial agents capable of reducing virulence while allowing the immune system of the host to clear bacterial infection, an approach likely to reduce the selective pressures for development of resistance. We provide here an up-to-date overview of the molecular basis and physiological implications of cell-to-cell signaling systems in Gram-negative bacteria, focusing on the well-studied bacterium Pseudomonas aeruginosa. All of the known cell-to-cell signaling systems in this bacterium are described, from the most-studied systems, i.e., N-acyl homoserine lactones (AHLs), the 4-quinolones, the global activator of antibiotic and cyanide synthesis (GAC), the cyclic di-GMP (c-di-GMP) and cyclic AMP (cAMP) systems, and the alarmones guanosine tetraphosphate (ppGpp) and guanosine pentaphosphate (pppGpp), to less-well-studied signaling molecules, including diketopiperazines, fatty acids (diffusible signal factor [DSF]-like factors), pyoverdine, and pyocyanin. This overview clearly illustrates that bacterial communication is far more complex than initially thought and delivers a clear distinction between signals that are quorum sensing dependent and those relying on alternative factors for their production.

Infecções respiratórias de origem viral mais frequentes na comunidade

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz