Genetic reductionist approach for studing the two-component signaling system in Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus es una bacteria ubicua capaz de colonizar una gran variedad de ambientes. En el hombre, S. aureus coloniza las fosas nasales, piel de las axilas, ingles, garganta o incluso el tracto intestinal. Se calcula que un 20% de las personas adultas son portadores nasales de S. aureus....
| Autor: | |
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| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2014 |
| País: | España |
| Recursos: | Universidad Pública de Navarra |
| Repositorio: | Academica-e. Repositorio Institucional de la Universidad Pública de Navarra |
| OAI Identifier: | oai:academica-e.unavarra.es:2454/42501 |
| Acesso em linha: | https://hdl.handle.net/2454/42501 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Staphylococcus aureus Two-component signal transduction systems (TCSs) |
| Resumo: | Staphylococcus aureus es una bacteria ubicua capaz de colonizar una gran variedad de ambientes. En el hombre, S. aureus coloniza las fosas nasales, piel de las axilas, ingles, garganta o incluso el tracto intestinal. Se calcula que un 20% de las personas adultas son portadores nasales de S. aureus. En determinadas circunstancias, la bacteria es capaz de atravesar la barrera epitelial y alcanzar los órganos internos. Cuando esto ocurre, S. aureus se convierte en un patógeno muy versátil capaz de causar enfermedades muy diversas, que pueden ir desde infecciones leves como forúnculos o abscesos hasta enfermedades graves como endocarditis, osteomielitis, neumonía o síndrome del shock tóxico. El desarrollo de S. aureus en distintos ambientes requiere que la bacteria sea capaz de sensar las condiciones ambientales, transmitir los estímulos al citoplasma y activar los cambios necesarios para adecuar la fisiología a dicho ambiente. El principal mecanismo para sensar y responder a las señales ambientales en bacterias son los sistemas de dos-componentes (TCSs). Los TCSs están formados por un sensor de membrana o histidinekinase (HK) y un regulador de respuesta citoplásmico (RR). En el proceso de activación, el sensor recibe su señal específica y se auto fosforila en un dominio histidina. A continuación el fosfato es transferido al residuo aspártico del RR que se encuentra en el citoplasma. De esta forma, el RR se activa y desencadena una respuesta que será acorde a la señal recibida. Normalmente, una bacteria posee varios TCSs, siendo su número proporcional al tamaño del genoma, al número de ambientes distintos en las que es capaz de crecer y a la complejidad de su diferenciación celular. Así, bacterias que viven en ambientes muy constantes, como las bacterias intracelulares estrictas carecen de TCSs, mientras que bacterias que viven en ambientes diversos pueden poseer cientos de ellos. En relación con el número y la función de los TCSs existen varias preguntas que hasta ahora no han sido analizadas: ¿cuántos TCSs necesita una bacteria de vida libre? ¿Son necesarios los TCSs cuando la bacteria crece en un ambiente constante? ¿Existe activación cruzada entre TCSs distintos in vivo? Para responder a estas preguntas y realizar un estudio global de los procesos celulares controlados por los TCSs, en esta tesis hemos realizado una aproximación genética reduccionista usando como modelo dos cepas genéticamente no relacionadas de S. aureus. El trabajo ha consistido en la deleción completa de los 15 TCSs no esenciales que posee S. aureus y la mutación del sensor (WalK) del TCS walKR, cuya deleción completa resulta letal. Las bacterias resultantes carecen del sistema sensorial y su obtención demuestra que en condiciones ambientales constantes estos sistemas son dispensables para la vida de S. aureus. Los mutantes deficientes en los TCSs muestran niveles de crecimiento indistinguibles a los de la cepa salvaje a 37ºC y 44ºC y un patrón metabólico similar. En cambio, los mutantes tienen deficiencias en el crecimiento a 28ºC, pierden la capacidad de reducción de nitratos, muestran mayor sensibilidad al Tritón X-100 así como una menor capacidad para sobrevivir en el ambiente e invadir células. Así mismo, los mutantes tienen reducida su virulencia y capacidad de colonizar órganos en un modelo de infección de ratón. Todos los fenotipos del mutante deficiente en los TCSs podían ser restaurados por la expresión ectópica de un único TCS indicando que cada uno de los fenotipos depende de un único TCS. Finalmente, la cepa deficiente en los TCSs ha sido utilizada como una plataforma para el estudio de la especificidad de transmisión de señal in vivo, un concepto que en inglés se denomina ‘cross-talk’ y que hasta ahora había sido estudiada in vitro. Para ello, hemos establecido una sencilla metodología que consiste en la complementación del mutante deficiente en TCSs con una colección de plásmidos que contienen una combinación de la familia de HKs y un RR. El análisis de las cepas complementadas nos ha permitido identificar la existencia de activación cruzada entre GraS y ArlR. Esta activación cruzada tiene lugar incluso en presencia de sus correspondientes parejas, la HK ArlS y el RR GraR. Teniendo en cuenta que durante este análisis global sólo hemos detectado activación cruzada entre estos TCSs, la conclusión de nuestro estudio es que la activación cruzada entre los TCSs puede ocurrir in vivo, pero no es frecuente. En el futuro las cepas deficientes en los TCSs, o cepas derivadas conteniendo únicamente uno de ellos, servirán para identificar el regulón que controla cada TCS o para identificar nuevos fármacos que bloqueen específicamente a los TCSs. |
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