Efeito de ExoU na ativação de NF-κB e na secreção de IL-8 por células humanas infectadas por Pseudomonas aeruginosa

ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa

Diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por Pseudomonas aeruginosa em crianças com Fibrose Cística

A Fibrose Cística (FC) é uma doença letal, de caráter autossômico recessivo, que acomete populações de diferentes etnias. A doença caracteriza-se pelo comprometimento sistêmico das glândulas exócrinas e, na maioria dos pacientes, a doença pulmonar acaba tornando-se a patologia predominante. A infecção por P. aeruginosa é a principal causa de mortalidade dos pacientes com FC. O Sistema de Secreção Tipo III da bactéria é expresso na fase aguda da doença e é responsável por injetar proteínas citotóxicas no interior da célula eucariótica. Há um grande interesse em se investigar a resposta de anticorpos anti P. aeruginosa em pacientes com FC a fim de diagnosticar a colonização e ou infecção pulmonar antes da cultura, permitindo a antibioticoterapia preventiva, a fim de se evitar a infecção pulmonar crônica. Nesta tese, investigamos a resposta de anticorpos (IgG+IgM+IgA) contra as proteínas do SSTT de P. aeruginosa, através do Western-Blot. Participaram do estudo 51 pacientes com FC, de 1.1 a 16.8 anos acompanhados no Departamento de Pneumologia do Instituto Fernandes Figueira - FioCruz, durante um período aproximado de 2 anos. De cada paciente foram coletadas de 1 a 4 amostras de sangue, com intervalo médio de 6 meses entre as coletas. O grupo controle negativo consistiu de 28 indivíduos não fibrocísticos, de 2 a 17 anos, atendidos no Hospital Universitário Pedro Ernesto - HUPE UERJ. As proteínas do SSTT foram extraídas das cepas PAO1 e PAOΔExsA (regulador da expressão do SSTT) de P. aeruginosa. Controles positivos e negativos foram utilizados em todas as reações. Para a identificação das proteínas do SSTT na reação utilizou-se antisoro de camundongos imunizados com a proteína recombinante PcrV. Doze (75%) dos 16 pacientes fibrocísticos considerados não infectados por P. aeruginosa tiveram a primeira sorologia positiva para PopB e 15 (93,75%) para ExoS/ExoT, indicando a colonização ou infecção por P. aeruginosa. Aproximadamente 25% e 35,7% dos soros do grupo controle mostraram reatividade fraca com PopB ou ExoS/ExoT, respectivamente. O tempo decorrido entre a primeira sorologia positiva e o primeiro isolamento de P. aeruginosa nestes pacientes variou de 18 a 30 meses. Concluindo, é possível fazer o diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por P. aeruginosa antes do isolamento da bactéria pela cultura.

Características microbiológicas e clínicas das infecções por Acinetobacter spp. e Pseudomonas aeruginosa em Unidade de Terapia Intensiva Cardíaca de um Hospital Universitário do Rio de Janeiro

As infecções em cirurgia cardíaca ainda apresentam um cenário importante nas infecções associadas à assistência a saúde (IAAS), favorecendo ao paciente à aquisição de infecções por micro-organimos multirreristentes. Este trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de resistência a antimicrobianos, verificar a presença de genes que codificam as enzimas dos tipos oxacilinases e metalo-beta-lactamases e descrever as características demográficas e clínicas dos pacientes colonziados/infectados por Acinetobacter spp. e P.aeruginosa internados no Centro de Terapia Intensiva Cardíaca do HUPE no período de 2005 a 2010. A maioria das 46 amostras de Acinetobacter spp e das 35 de P.aeruginosa foram de origem respiratória seguido de sangue. A maioria das amostras de A. baumannii apresentou altos percentuais de resistência a: ceftazidina, cefepime, piperacilina-sulbactam, ciprofloxacin, ceftriaxona e CIM ≥32 μg/mL para os carbapenêmicos. Uma amostra foi resistente a Polimixina B. O gene blaOXA-23 foi detectado em 65% das amostras e uma amostra apresentou o gene blaOXA-24. Não foram detectados os genes blaOXA-58-like e blaOXA-143. Para P. aeruginosa os percentuais de resistência para todos os antimicrobianos foram inferiores a 32%. Quatro amostras apresentaram resistência intermediária a polimixina B e nenhum gene de resistência foi detectado. Os prontuários dos pacientes foram analisados a fim de associar as características clínicas com os processos infecciosos identificados e seu desfecho clínico. Na análise por tipo de micro-organismo associado ao processo infeccioso à idade acima de 70 anos, DM e uso da ventilação mecânica por tempo prolongado foi maior no grupo dos pacientes que apresentaram infecção por P.aeruginosa. O IAM, a ICC em internações anteriores e suas complicações (choque cardiogênico e arritmia) tiveram impacto na mortalidade na série de pacientes (p<0,05). A insuficiência renal entre todas as comorbidades foi à única que teve associação com a mortalidade (OR= 8,3). Não houve associação entre a mortalidade e o micro-organismo que causou a infecção (Acinetobacter spp. p=0,3 e P.aeruginosa p=0,2) ou a resistência a carbapenêmicos (p=0,5). Foram observados dois casos de mediastinte por Acinetobacter spp. e dois por P. aeruginosa sendo um achado inédito no Brasil até o momento.

Ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante por ExoU de Pseudomonas aeruginosa

ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citosol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. No presente trabalho, o efeito de ExoU na ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU), com a mutante deletada no gene exoU, PA103∆exoU, ou com a mutante complementada com exoU sem atividade tipo fosfolipase A2, PA103∆UT/S142A. Análises das dosagens de hidroperóxidos lipídicos e isoprostanos, considerados marcadores de estresse oxidativo, revelaram que ExoU promoveu um aumento em suas concentrações. Foi observado, também, que ExoU estimulou a produção de espécies reativas de oxigênio, óxido nítrico e peroxinitrito nas células infectadas, assim como a expressão de iNOS e eNOS, mas não de nNOS. Além disso, ExoU foi responsável pelo aumento da atividade de SOD1 e pela redução dos níveis de GSH, mas não afetou a atividade da catalase ou de NQO1. No modelo in vivo, a dosagem de malondialdeído, um subproduto da lipoperoxidação de membranas, evidenciou uma maior produção deste composto no pulmão de camundongos infectados pela cepa produtora de ExoU, em comparação ao pulmão de camundongos infectados pela cepa mutante. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, levando à peroxidação lipídica e modulando o sistema de defesa antioxidante

Efeito do Sistema de Secreção do Tipo VI de Pseudomonas aeruginosa em modelo murino de pneumonia aguda

O Sistema de Secreção do Tipo VI (SST6), o mais recente maquinário de secreção descrito em bactérias Gram-negativas, é amplamente distribuído entre as diversas espécies deste grupo de microrganismos. Esse aparato de secreção é capaz de injetar efetores proteicos em células alvo, eucarióticas e procarióticas. Estudos sobre o papel do SST6 na virulência microbiana revelaram que este sistema secretório participa ativamente do estabelecimento de infecções, contribuindo para a sobrevivência das bactérias no interior de fagócitos. O genoma da cepa PAO1 de Pseudomonas aeruginosa apresenta três loci que codificam aparatos de SST6, denominados de H1-SST6, H2-SST6 e H3-SST6, Porém, pouco se sabe sobre a participação do SST6 na patogênese de infecções por P. aeruginosa. Assim, o presente estudo investigou o papel de H1-SST6, H2-SST6 e H3-SST6 durante a infecção pulmonar aguda de camundongos. Para isso, camundongos C57/BL6 foram infectados com diferentes doses de bactérias da cepa selvagem PAO1 ou das cepas mutantes PAO1∆H1, PAO1∆H2, PAO1∆H3 ou PAO1∆H1∆H2∆H3. Após 24 horas, os lavados broncoalveolares (LBAs) de animais controle e infectados foram recuperados para a contagem de leucócitos totais e polimorfonucleares e para a quantificação, por ELISA, da quimiocina para neutrófilos, KC, e das citocinas pró-inflamatórias IL-1β e TNF-α. Em outros experimentos, os pulmões, fígados, baços e rins dos animais foram macerados para a pesquisa da carga bacteriana e da disseminação sistêmica das bactérias. A citotoxicidade do SST6 foi determinada, in vitro, em neutrófilos humanos, pela marcação com iodeto de propídeo (PI) e anexina-V seguida da análise em citometria de fluxo. Os resultados mostraram que a inativação dos três SST6 reduziu significativamente a concentração de neutrófilos nos LBAs quando os animais foram infectados com 10⁷ Unidades Formadoras de Colônias de P. aeruginosa. Nesta dose, foi observado que as medianas do número de bactérias detectadas nos animais infectados com as mutantes no SST6 foram menores do que as detectadas nos animais infectados com a cepa parental PAO1. As mutações no SST6 não afetaram a disseminação sistêmica da bactéria. A pesquisa da secreção de citocinas pró-inflamatórias mostrou que, embora tenha sido observada uma redução nas medianas das concentrações de TNF-α nos LBAs de camundongos infectados com a cepa PAO1∆H1∆H2∆H3, em relação aos LBAs de camundongos infectados com a cepa parental, essa diferença não foi significativa. Como a pesquisa de IL-1β e KC não contribuiu para a elucidação dos mecanismos envolvidos na redução da concentração de neutrófilos nos LBAs dos camundongos infectados pela cepa tripla mutante, foi pesquisado o possível efeito do SST6 na morte de neutrófilos humanos. Os resultados mostraram que não houve diferenças significativas quando as diferentes amostras de células infectadas foram comparedas entre si. Em conclusão, os resultados do presente estudo mostraram que o SST6 pode interferir na resposta de neutrófilos durante a pneumonia aguda, mas estudos adicionais são necessários para determinar o papel deste mecanismo de secreção na patogênese de P. aeruginosa.

ExoU, uma proteína do sistema de secreção do tipo III de Pseudomonas aeruginosa, induz a secreção de eicosanóides por células epiteliais respiratórias. Papel dos corpúsculos lipídicos neste processo

Para pesquisar o papel de ExoU no desencadeamento de resposta inflamatória nas vias aéreas, células epiteliais respiratórias humanas (CERs) da linhagem BEAS-2B foram tratadas com AA radiomarcado e infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa, que secreta ExoU, e com os mutantes PA103exoU (com deleção do gene exoU), PA103ΔUT/exoU (com deleção de exoU e complementação com o gene funcional) e PA103UT/S142A (com deleção de exoU e complementação com gene com mutagênese sítio-específica no domínio catalítico da enzima). Após 1 hora, a liberação de AA pelas culturas infectadas com as cepas produtoras de ExoU foi significativamente superior à observada em culturas infectadas pelas cepas não-produtoras ou por células controle. O tratamento das bactérias com MAFP, um inibidor de PLA2, resultou em significativa redução na liberação de AA. Células infectadas pelas cepas PA103 e PA103ΔUT/exoU secretaram PGE2 e LTB4 em concentrações significativamente maiores que as secretadas por células infectadas pelas demais cepas ou não infectadas. O tratamento com o MAFP reduziu significativamente a secreção de PGE2. A análise, por citometria de fluxo, de células infectadas e não infectadas tratadas com anticorpo anti-COX-2 mostrou que o percentual de células infectadas por PA103 marcadas foi significativamente superior ao percentual encontrado em culturas controle. Nenhuma diferença foi observada quanto ao percentual de células marcadas em culturas infectadas por PA103ΔexoU. O tratamento das culturas com NS-398 (um inibidor seletivo de COX-2) resultou na diminuição significativa da concentração de PGE2, secretada por células infectadas com PA103, mas não por células infectadas com PA103ΔexoU ou por células controle. Corpúsculos lipídicos (CLs) são domínios citoplasmáticos ricos em COX-2 e outras enzimas responsáveis pelo metabolismo do AA, sede da produção de eicosanóides. Como células infectadas pelas cepas produtoras de ExoU liberam AA livre, formulamos a hipótese de que a maior produção de eicosanóides por estas células seria dependente da indução do aumento no número dos CLs. No entanto, a análise por citometria de fluxo de células tratadas com uma sonda lipofílica com afinidade com os CLs mostrou que o percentual de células marcadas em culturas infectadas pelas cepas produtoras de ExoU foi significativamente inferior ao percentual em culturas controle ou infectadas pelas outras 2 cepas bacterianas. O tratamento das células com MAFP inibiu significativamente a redução do percentual de células contendo CLs. A análise, por citometria de fluxo, de células controle ou infectadas tratadas simultaneamente com a sonda lipofílica e com o anticorpo anti-PGE2, mostrou, em células infectadas com PA103, a redução da mediana da intensidade de marcação com a sonda lipofílica e o aumento da mediana da intensidade de marcação com o anticorpo anti-PGE2. Nossa hipótese é que a presença de ExoU nas células infectadas com a cepa PA103 resulte no metabolismo de glicerofosfolipídios presente nos CLs levando à diminuição da afinidade dos CLs pela sonda lipofílica e à síntese local de PGE2.

The interaction of recombinant Pseudomonas aeruginosa exotoxin A with DNA and mimic biomembrane investigated by surface plasmon resonance and electrochemical methods

Based on the multidomain structure of Pseudomonas aeruginosa exotoxin A, a fusion protein termed rPEA has been constructed, which is expected to serve as a gene carrier in vitro. The expression and purification of rPEA are described. The basal properties of rPEA as a gene carrier are evaluated by investigating its interaction with plasmid DNA and mimic biomembrane by surface plasmon resonance (SPR) and electrochemical methods. rPEA is proved to be able to bind with plasmid DNA with high affinity. It can also interact with lipid membrane and increase permeability of the membrane, so the probe molecules can easily reach the gold surface and exhibit the electrochemical response.

Characterising novel anti-biofilm targets for the treatment of chronic Pseudomonas aeruginosa infection in the cystic fibrosis lung

The global rise in antibiotic resistance is a significant problem facing healthcare professionals. In particular within the cystic fibrosis (CF) lung, bacteria can establish chronic infection and resistance to a wide array of antibiotic therapies. One of the principle pathogens associated with chronic infection in the CF lung is Pseudomonas aeruginosa. P. aeruginosa can establish chronic infection in the CF lung partly through the use of the biofilm mode of growth. This biofilm mode of growth offers a considerable degree of protection from a wide variety of challenges such as the host immune system or antibiotic therapy. The threat posed by the emergence of chronic pathogens is prompting the development of next generation antimicrobials. The biofilm mode of growth is often central to the establishment of chronic infection and the development of antibiotic resistance. Thus, targeting biofilm formation has emerged as one of the principle strategies for the development of next generation antimicrobials. In this thesis two separate approaches were used to identify potential anti - biofilm targets. The first strategy focused on the identification of novel genes with a role in a biofilm formation. High throughput screening identified almost 300 genes which had a role in biofilm formation. A number of these genes were characterised at a phenotypic and a molecular level. The second strategy focused on the identification of compounds capable of inhibiting biofilm formation. A collection of marine sponge isolated bacteria were screened for the ability to inhibit the central pathway regulating biofilm formation, quorum sensing. A number of distinct isolates were identified that had quorum sensing inhibition activity from which, a Pseudomonas isolate was selected for further characterisation. A specific compound capable of inhibiting quorum sensing was identified using chemical analytical technologies in the supernatant of this marine isolate.

Stress-induced outer membrane vesicle production by Pseudomonas aeruginosa.

As an opportunistic Gram-negative pathogen, Pseudomonas aeruginosa must be able to adapt and survive changes and stressors in its environment during the course of infection. To aid survival in the hostile host environment, P. aeruginosa has evolved defense mechanisms, including the production of an exopolysaccharide capsule and the secretion of a myriad of degradative proteases and lipases. The production of outer membrane-derived vesicles (OMVs) serves as a secretion mechanism for virulence factors as well as a general bacterial response to envelope-acting stressors. This study investigated the effect of sublethal physiological stressors on OMV production by P. aeruginosa and whether the Pseudomonas quinolone signal (PQS) and the MucD periplasmic protease are critical mechanistic factors in this response. Exposure to some environmental stressors was determined to increase the level of OMV production as well as the activity of AlgU, the sigma factor that controls MucD expression. Overexpression of AlgU was shown to be sufficient to induce OMV production; however, stress-induced OMV production was not dependent on activation of AlgU, since stress caused increased vesiculation in strains lacking algU. We further determined that MucD levels were not an indicator of OMV production under acute stress, and PQS was not required for OMV production under stress or unstressed conditions. Finally, an investigation of the response of P. aeruginosa to oxidative stress revealed that peroxide-induced OMV production requires the presence of B-band but not A-band lipopolysaccharide. Together, these results demonstrate that distinct mechanisms exist for stress-induced OMV production in P. aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa vesicles associate with and are internalized by human lung epithelial cells.

BACKGROUND: Pseudomonas aeruginosa is the major pathogen associated with chronic and ultimately fatal lung infections in patients with cystic fibrosis (CF). To investigate how P. aeruginosa-derived vesicles may contribute to lung disease, we explored their ability to associate with human lung cells. RESULTS: Purified vesicles associated with lung cells and were internalized in a time- and dose-dependent manner. Vesicles from a CF isolate exhibited a 3- to 4-fold greater association with lung cells than vesicles from the lab strain PAO1. Vesicle internalization was temperature-dependent and was inhibited by hypertonic sucrose and cyclodextrins. Surface-bound vesicles rarely colocalized with clathrin. Internalized vesicles colocalized with the endoplasmic reticulum (ER) marker, TRAPalpha, as well as with ER-localized pools of cholera toxin and transferrin. CF isolates of P. aeruginosa abundantly secrete PaAP (PA2939), an aminopeptidase that associates with the surface of vesicles. Vesicles from a PaAP knockout strain exhibited a 40% decrease in cell association. Likewise, vesicles from PAO1 overexpressing PaAP displayed a significant increase in cell association. CONCLUSION: These data reveal that PaAP promotes the association of vesicles with lung cells. Taken together, these results suggest that P. aeruginosa vesicles can interact with and be internalized by lung epithelial cells and contribute to the inflammatory response during infection.

Development of a rapid colorimetric time-kill assay for determining the in vitro activity of ceftazidime and tobramycin in combination against Pseudomonas aeruginosa

It is standard clinical practice to use a combination of two or more antimicrobial agents to treat an infection caused by Pseudonionas aeruginosa. The antibiotic combinations are usually selected empirically with methods to determine the antimicrobial effect of the combination such as the time-kill assay rarely used as they are time-consuming and labour intensive to perforin. Here, we report a modified time-kill assay, based on the reduction of the tetrazolium salt, 2,3-bis[2-methyloxy-4-nitro-5-sulfopheny1]-2H-tetrazolium-5-carboxanilide (XTT), that allows simple, inexpensive and more rapid determination of the in vitro activity of antibiotic combinations against P aeruginosa. The assay was used to determine the in vitro activity of ceftazidime and tobramycin in combination against P. aertiginosa isolates from cystic fibrosis patients and the results obtained compared with those from conventional viable count time-kill assays. There was good agreement in interpretation of results obtained by the XTT and conventional viable count assays, with similar growth curves apparent and the most effective concentration combinations determined by both methods identical for all isolates tested. The XTT assay clearly indicated whether an antibiotic combination had a synergistic, indifferent or antagonistic effect and could, therefore, provide a useful method for rapidly determining the activity of a large number of antibiotic combinations against clinical isolates. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.