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Oct 31, 2023

A complexa regulação da competência em Staphylococcus aureus sob condições microaeróbicas

Volume de Biologia da Comunicação

Communications Biology volume 6, Número do artigo: 512 (2023) Citar este artigo

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Para realizar a transformação natural, um dos três principais mecanismos de Transferência Horizontal de Genes, as bactérias precisam entrar em um estado fisiológico diferenciado chamado competência genética. Curiosamente, novas bactérias que exibem tal aptidão são frequentemente descobertas, e uma das mais recentes é o patógeno humano Staphylococcus aureus.

Aqui, mostramos um protocolo otimizado, baseado em culturas de células planctônicas, levando a uma grande porcentagem da população ativando o desenvolvimento de competência e uma melhoria significativa das eficiências de transformação natural de S. aureus. Aproveitando essas condições, realizamos análises transcriptômicas para caracterizar o regulon de cada regulador de competência central. SigH e ComK1 são considerados essenciais para ativar genes de transformação natural, mas também importantes para ativação ou repressão de funções periféricas. Embora ComK2 não seja importante para o controle de genes de transformação, seu regulon mostra uma sobreposição importante com SigH e ComK1. Finalmente, propomos que as condições microaeróbicas, detectadas pelo sistema de dois componentes SrrAB, são essenciais para ativar a competência em S. aureus.

Um organismo comensal altamente adaptativo, como o Staphylococcus aureus, possui uma variedade de genes que permitem que a bactéria cresça, infecte e sobreviva em uma ampla variedade de nichos ecológicos. As narinas anteriores são geralmente consideradas o nicho ecológico nativo do S. aureus, embora a bactéria possa ser isolada de outras áreas do corpo humano, incluindo a pele, axilas, virilha e trato gastrointestinal1. Embora a colonização normalmente não seja prejudicial, o S. aureus pode violar as defesas inatas do hospedeiro e obter acesso a tecidos mais profundos, causando uma variedade de infecções superficiais e invasivas2. Além disso, como anaeróbio facultativo, o S. aureus tem a capacidade de crescer e impedir o sistema imunológico do hospedeiro na presença ou ausência de oxigênio. Essa capacidade é particularmente importante para o S. aureus, pois sabe-se que seu ambiente é ou se torna anaeróbico durante o curso de uma infecção3,4.

Além desses notáveis ​​poderes adaptativos, o S. aureus também se tornou um dos patógenos mais temidos no hospital devido ao surgimento generalizado de cepas multirresistentes a antibióticos5,6. A transferência horizontal de genes (HGT) de genes de resistência a antibióticos de outras cepas de S. aureus ou mesmo de outros gêneros foi durante anos considerada exclusivamente mediada por conjugação e transdução7. Porém, há alguns anos, a demonstração de que o S. aureus é capaz de se tornar naturalmente competente para a transformação genética8 mudou nossa forma de apreender o HGT nesse importante patógeno humano.

A competência é uma adaptação fisiológica que algumas espécies bacterianas desenvolvem em resposta a vários sinais ambientais9. Em resposta a esses estímulos, as células bacterianas desencadeiam vias de transdução de sinal, ativando reguladores de competência central. Todas essas etapas são controladas pelos chamados genes de competência precoce. Curiosamente, reguladores de competência central foram identificados em vários organismos modelo como ativadores transcricionais10,11 ou fatores sigma alternativos12. Uma vez ativados, eles iniciam a expressão dos genes de competência tardia, entre os quais se encontram todos os genes essenciais para a transformação genética.

É importante ressaltar que três potenciais reguladores de competência central foram identificados em S. aureus: o fator sigma alternativo, SigH13, e dois reguladores transcricionais, ComK1 e ComK214. Além disso, foi demonstrado que S. aureus é capaz de induzir competência naturalmente em um meio quimicamente definido chamado CS28. Os autores detectaram um máximo de 1,6% de células indutoras de competência após 8 h de crescimento no meio CS2, levando a eficiências de transformação que mal atingiram o limite de detecção (em torno de 10−10) para uma cepa do tipo selvagem8.