A lipoproteína da parede celular CD1687 atua como uma proteína de ligação ao DNA durante o desoxicolato.

npj Biofilms and Microbiomes volume 9, Número do artigo: 24 (2023) Citar este artigo

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A capacidade dos patógenos bacterianos de estabelecer infecções recorrentes e persistentes está frequentemente associada à sua capacidade de formar biofilmes. As infecções por Clostridioides difficile têm uma alta taxa de recorrência e recaídas e hipotetiza-se que os biofilmes estejam envolvidos na sua patogenicidade e persistência. A formação de biofilme por C. difficile ainda é pouco compreendida. Foi demonstrado que moléculas específicas, como desoxicolato (DCA) ou metronidazol induzem a formação de biofilme, mas os mecanismos envolvidos permanecem indefinidos. Neste estudo, descrevemos o papel da lipoproteína CD1687 de C. difficile durante a formação de biofilme induzida por DCA. Mostramos que a expressão de CD1687, que faz parte de um operon dentro do cluster de genes CD1685-CD1689, é controlada por múltiplos sítios de iniciação da transcrição e alguns são induzidos em resposta ao DCA. Apenas o CD1687 é necessário para a formação do biofilme e a superexpressão do CD1687 é suficiente para induzir a formação do biofilme. Usando a análise de RNAseq, mostramos que CD1687 afeta a expressão de transportadores e vias metabólicas e identificamos vários potenciais parceiros de ligação por ensaio pull-down, incluindo proteínas extracelulares associadas ao transporte. Em seguida, demonstramos que o CD1687 é exposto à superfície em C. difficile e que essa localização é necessária para a formação de biofilme induzida por DCA. Dada esta localização e o fato de que C. difficile forma biofilmes ricos em eDNA, confirmamos que CD1687 se liga ao DNA de maneira não específica. Assim, levantamos a hipótese de que o CD1687 é um componente da resposta a jusante ao DCA, levando à formação de biofilme, promovendo a interação entre as células e a matriz do biofilme pela ligação ao eDNA.

As infecções gastrointestinais são um importante problema de saúde pública. Em países de alta renda, o anaeróbio formador de esporos Gram-positivo Clostridioides difficile é a principal causa de diarreia nosocomial e colite em adultos recebendo tratamentos com antibióticos1,2. Além disso, as infecções por C. difficile (CDI) podem ser persistentes, o que é um grande desafio no manejo da CDI após a infecção anti-C. tratamento antibiótico difícil. ICD recorrente ocorre em mais de 20% dos pacientes que recebem antibióticos para tratar seu primeiro episódio de ICD e essa taxa aumenta após novos episódios3,4. As causas das recidivas não foram totalmente elucidadas. A recorrência pode ser causada por reinfecção com uma nova cepa ou recidiva com a mesma cepa, sugerindo que C. difficile pode persistir no trato gastrointestinal5. As recidivas foram inicialmente correlacionadas com a capacidade do C. difficile de esporular durante a infecção e resistir ao tratamento com antibióticos6,7. No entanto, as recidivas também estão associadas à persistência de C. difficile como um biofilme8,9. Sabe-se que infecções persistentes e crônicas causadas por diferentes patógenos estão associadas à formação de biofilme10. Estima-se que pelo menos 60% de todas as infecções bacterianas nosocomiais e crônicas estejam associadas ao biofilme11. Em apoio a esta hipótese, foi recentemente demonstrado que C. difficile integra biofilmes formados pela microbiota colônica e este biofilme atuou como um reservatório para persistência e recorrência em um modelo de laboratório de CDI9.

Os biofilmes são comunidades estruturadas de microorganismos associados a superfícies e envoltos em uma matriz extracelular autoproduzida, que varia entre as espécies bacterianas12. C. difficile pode formar biofilmes como uma única espécie ou com outras bactérias em várias superfícies abióticas e vários sistemas in vitro9,13,14,15. Além disso, C. difficile pode integrar comunidades multiespécies in vivo durante uma infecção de camundongo, sugerindo sua capacidade de integrar biofilmes mucosos16. Além disso, C. difficile pode formar estruturas irregulares semelhantes a biofilmes ricos em glicanos em um modelo de camundongo monoassociado17. Embora C. difficile possa integrar biofilmes multiespécies no trato gastrointestinal, há conhecimento limitado sobre a biologia da formação de biofilmes de C. difficile em resposta ao ambiente gastrointestinal. Durante uma infecção, os patógenos encontram vários fatores ambientais, incluindo a presença de antibióticos, sais biliares, pressão osmótica e várias fontes de nutrientes, e estes são sinais importantes para a formação de biofilme durante a colonização18,19. Curiosamente, C. difficile enfrentaria diferentes desafios durante a disbiose, pois altera o ambiente nutricional, o metabolismo dos sais biliares e os estresses osmótico e oxidativo/nitrosativo20. Qualquer um desses fatores pode induzir a formação de biofilme. Por exemplo, concentrações subinibitórias de antibióticos usadas para tratar CDI aumentam a formação de biofilme in vitro21,22. Além disso, demonstramos recentemente que concentrações subinibitórias do desoxicolato de sal biliar secundário (DCA) aumentam a formação de biofilme de C. difficile15. No biofilme induzido por DCA, as células vegetativas são protegidas da toxicidade do DCA, bem como de antibióticos e peptídeos antimicrobianos15. Mostramos que os biofilmes induzidos pelo DCA são formados devido à adaptação e reprogramação metabólica que são dependentes dos nutrientes disponíveis e metabólitos excretados. No geral, o piruvato excretado é crítico para a indução da formação de biofilme23.