Agnes Marie SAgnes Marie Sáá FigueiredoFigueiredo

LaboratLaboratóório de Biologia Molecular de Bactrio de Biologia Molecular de Bactéériasrias

Departamento de Microbiologia MDepartamento de Microbiologia Méédica/IMPPG/UFRJdica/IMPPG/UFRJ

agnes@micro.ufrj.bragnes@micro.ufrj.br

InstitutoInstituto de de MicrobiologiaMicrobiologia dada UniversidadeUniversidadeFederal do Rio de Janeiro Federal do Rio de Janeiro

((www.microbiologia.ufrj.brwww.microbiologia.ufrj.br))

MecanismoMecanismo de Quorumde Quorum--Sensing e Sensing e suasuaRelevânciaRelevância nasnas InfecInfecççõesões HospitalaresHospitalares

Patogênese Bacteriana

Expressão dos fatores de virulência

Finamente regulada (sistema de regulação global)

Sistemas de quorum-sensing

LeituraLeitura do do CCóódigodigo GenGenééticotico

Sensor de Sensor de DensidadeDensidade PopulacionalPopulacional

Signal TransductionSignal Transduction

Signal transductionSignal transduction

ReguladoresReguladores dada TranscriTranscriççãoão

SistemaSistema de Quorum Sensingde Quorum Sensing

V. V. fischerifischeri

SistemaSistema de de sinalizasinalizaççãoão ccéélulalula--ccéélulalula emembactbactéériaria responderesponde a a substânciassubstâncias tipotipohormônioshormônios queque sãosão conhecidasconhecidas comocomoautoindutoresautoindutores

ImportânciaImportância de se de se EstudarEstudarQuorum SensingQuorum Sensing

O O desenvolvimentodesenvolvimento de de novosnovos compostoscompostos antimicrobianosantimicrobianos éénecessnecessááriorio pelopelo nnúúmeromero crescentecrescente de de infecinfecççõesões ondeonde a a resistênciaresistência a a antimicrobianosantimicrobianos éé umauma sséériaria ameaameaççaa..

A A resistênciaresistência antimicrobianaantimicrobiana éé resultanteresultante de de doisdois fatoresfatores::

–– A A aquisiaquisiççãoão de genes de de genes de resistênciaresistência aosaos antibiantibióóticosticos ouou mutamutaççãoão de de um gene um gene jjáá existenteexistente..

–– DevidoDevido àà tolerânciatolerância inatainata dos dos biofilmesbiofilmes bacterianosbacterianos..

O O controlecontrole bacterianobacteriano, , atravatravééss do do sistemasistema de de comunicacomunicaççãoão ccéélulalula--ccéélulalula, , envolvendoenvolvendo a a regularegulaççãoão dada virulênciavirulência, , poderiapoderia ser ser umaumaestratestratéégiagia interessanteinteressante parapara o o controlecontrole de de infecinfecççõesões causadascausadas porporesteeste microrganismosmicrorganismos. .

Importante patógeno humanos

ComunitáriasDoenças graves

Associados

Hospitalares

Staphylococcus aureus

Doençaslocalizada

Infecções Estafilocócicas

Doenças na pele

Toxinas exfoliativas tipos A, B, CeD

Impetigo bolhosoSíndrome da Pele Escaldada

Estafilocócica

Carbunculose

Foliculite

Staphylococcus aureus

Infecções mais graves e disseminadas

Síndrome do Choque Tóxico → (TSST-1, SEB e SEC)

Intoxicação alimentar →ingestão do alimento contaminado SE(A-E, G-Q)

Staphylococcus aureus

Fatores de virulência

fatores citolíticos toxinas

exfoliativas(ETA-D)

α-, β-, δ-, γ-hemolisinas e leucocidina

TSST-1enterotoxinas

(SEA-C1-3, SED, SEE, SEG-Q)

Produtos de superfícieExoproteínas

Coagulase PtnA Ptns↓

MSCRAMM

Staphylococcus aureus

Operon ica

MP- - - -

- - - -

PIA

----

PIA++

++

PG+ +

+ +

++

+

++

+ +

IcaBC

N

IcaC

C

N

N

CIcaA IcaD

DNAicaR icaA icaD icaB icaC

lócus agr

regulação –

ptns de superfície

colonização/invasão

regulação +

ptns extracelulares

agressão

RNAIII

P2 e P3agrABCD

Quorum sensing em Staphylococcus aureus

agrA agrC agrD agrB P2 P3

AgrC AgrB

AgrA-PAgrA

AgrD

AIP

His-P His

SarA

Sistema Agr

RNAII RNAIII

PeptPeptíídeodeo agragr

J Bacteriol. 2000 Nov;182(22):6517-22.

InterferênciaInterferência gênicagênica ((peptpeptíídeodeo heterheteróólogologo))

InibiInibiççãoão dada expressãoexpressão do do agragr

Genes Genes queque sãosão ReguladosRegulados pelopelo agragr

VuongVuong, C., , C., KocianovaKocianova, S., , S., YaoYao, Y., , Y., CarmodyCarmody, A.B. and Otto, M., A.B. and Otto, M.(2004) Increased colonization of indwelling medical devices by(2004) Increased colonization of indwelling medical devices byquorumquorum--sensing mutants of sensing mutants of Staphylococcus Staphylococcus epidermidisepidermidis in vivo. J.in vivo. J.Infect. Dis. 190, 1498Infect. Dis. 190, 1498––1505.1505.

MicroscMicroscóópiopio de de VarreduraVarredura ConfocalConfocal àà LaserLaser

S. aureus agr I

Peptídeo agr II

S. aureus agr null

Proc Natl Acad Sci U S A. 21;97:13330-5. 2000

Clone Clone epidêmicoepidêmico brasileirobrasileiroJ Infect Dis192:801-10; . 2005

J Clin Microbiol. 33:2400-4; 1995

RN

6390

B

GV

91

GV

69

GV

24

GV

20

GV

12

BMB1

20

BMB1

09

RN4220

RN6390B GV91 RN6911

NorthernNorthern--Blotting de Blotting de CepasCepas PertencentesPertencentes aoao Clone Clone EpidêmicoEpidêmico BrasileiroBrasileiro

rnaIIIrnaIII

GV69 BMB9393

rnaIII

sarA

16S rrna

NorthernNorthern--Blotting de Blotting de CepasCepas PertencentesPertencentes aoao Clone Clone EpidêmicoEpidêmicoBrasileiroBrasileiro

DnaChipsDnaChips

GV69 (700 genes)GV69 (700 genes)

BMB9393 (152 genes)BMB9393 (152 genes)

Global Global HibridomaHibridoma

Global Gene ExpressionGlobal Gene Expression

5.1epidermin immunity protein F (epiG)

3.0DNA-binding response regulator ArlR (arlR)

2.7sensor histidine kinase ArlS (arlS)

4.1sigma factor B regulator protein (rsbU)

3.7anti-anti-sigma factor RsbV (rsbV)

2.1DNA-binding response regulator SaeR (saeR)

2.3sensor histidine kinase SaeS (saeS)

12.1epidermin immunity protein F (epiF)

13.7epidermin immunity protein F (epiE)

3.96.1epidermin biosynthesis protein EpiD (epiD)

3.0epidermin biosynthesis protein EpiC

4.3epidermin biosynthesis protein EpiB (epiB)

5.6lantibiotic epidermin precursor EpiA (epiA)

9.9Cell wall associated fibronectin-binding protein (Ebh)

22.2acetoin utilization protein AcuC (acuC)

10glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (gapA)

25.620acetolactate synthase, catabolic (budB)

28.2ornithine carbamoyltransferase (arcB)

4.32.7alkaline shock protein 23 (asp23)

BMB9393GV69

62.89.614.48.46.74.72.62.24.2

transcriptional regulator, GntR family delta-hemolysin (hld) alpha-hemolysin precursor (hlY) /// phospholipase C (hlb)LexA repressor (lexA) exonuclease RexA (rexA) excinuclease ABC, A subunit (uvrA)type I restriction-modification enzyme, R subunit

2.9transcriptional regulator, LysR family

3.3transcriptional regulator, MarR family

2.6staphylococcal accessory protein Z (sarZ)

3.0staphylococcal accessory regulator R (sarR)

GV69 BMB9393GV69 BMB9393

Balaban e colaboradores - YSPWTNFNH2 – No qual a cisteína foi substituida por um triptofano e obteve um peptídeo linear (forma amida).

Esse grupo publicou alguns trabalhos mostrando que o RIP inibe formação de biofilme in vitro e infecçõesassociadas ao biofilme em modelos animais.

Sugeriram que os cateteres poderiam ser cobertos com RIP para se evitar infecções associadas a taisdispositivos médicos.

QS QS tipotipo LuxRLuxR/I /I emem P. P. aeruginosaaeruginosa

RegulaRegula genes genes envolvidosenvolvidos nana aderênciaaderência e e persistênciapersistência dada bactbactéériaria no no hospedeirohospedeiro–– ElastinaElastina–– ExotocinaExotocina AA–– PiocianinaPiocianina–– BiofilmeBiofilme ((alginatoalginato mucmucóóideide + + microagregadomicroagregado cece

ccéélulaslulas))

InativaInativaççãoão do QS do QS diminuidiminui a a virulênciavirulência de de P. P. aeruginosaaeruginosa emem animaisanimais e e inibeinibe a a formaformaççãoão de de biofilmebiofilme

VibrioVibrio fischerifischeri e a e a sinalizasinalizaççãoão intraespintraespééciecie

AHL de AHL de bactbactéériasrias pareceparece modular a modular a expressãoexpressão gênicagênica emem mammamííferosferos

–– DodecanoilDodecanoil--homoserinahomoserina lactonalactona de de P. P. aeruginosaaeruginosa regularegula expressãoexpressão de de vvááriasriascitocinascitocinas emem ccéélulaslulas imunesimunes

ExtratoExtrato de de alhoalho reduziureduziu a a tolerânciatolerância de de P. P. aeruginosaaeruginosa ààtobramicinatobramicina emem molelomolelo experimental (Rasmussen et al. experimental (Rasmussen et al. 2005. J. 2005. J. BacteriolBacteriol.)..).

AzitromicinaAzitromicina interfere com o QS de Pseudomonas interfere com o QS de Pseudomonas ((NalcaNalca et al. 2006. et al. 2006. AntimicrobAntimicrob. Agent . Agent ChemotherChemother.)..).

EmEm conc. subconc. sub--inibitinibitóóriaria 33--oxooxo--C12C12--HSL (HSL (P. P. aeruginosaaeruginosa), ), inibiuinibiu expressãoexpressão de de sarAsarA e do e do agragr. . EfeitoEfeitoantagonistaantagonista aoao QS do QS do S. S. aureusaureus ((QaziQazi et al. 2006. et al. 2006. Infect. Infect. ImmunImmun.)..).

ConcluindoConcluindo1.1. A virulência e a A virulência e a patogenicidadepatogenicidade bacteriana bacteriana éé

multifatorialmultifatorial e multifacetada.e multifacetada.

2.2. Envolve uma enormidade de produtos bacterianos de Envolve uma enormidade de produtos bacterianos de superfsuperfíície ou secretados.cie ou secretados.

3.3. A expressão desses produtos estA expressão desses produtos estáá sob um controle sob um controle refinado realizado por uma rede intrincada de refinado realizado por uma rede intrincada de reguladores de virulência.reguladores de virulência.

4.4. Estudos globais da expressão gênica envolvendo Estudos globais da expressão gênica envolvendo microarranjosmicroarranjos de DNA poderão trazer importantes de DNA poderão trazer importantes avanavançços para a compreensão dos mecanismos os para a compreensão dos mecanismos reguladores da patogênese bacteriana.reguladores da patogênese bacteriana.

5.5. Devido ao aumento das taxas de multirresistência e a escassez de drogas antimicrobianas disponíveis no comércio, acredita-se que estudos sobre a regulação gênica poderiam ser úteis para o desenvolvimento de novas drogas para o controle e tratamento das doença causadas por estes microrganismos.

6. Porém, tais estudos ainda são muito incipientes e uma compreensão mais aprofundada desses mecanismos se faz necessária.

Agradecimentos

EquipeEquipe

BernadeteBernadete TeixeiraTeixeira FerreiraFerreira--CarvalhoCarvalho

Leonardo Leonardo RocchettoRocchetto CoelhoCoelho

MaribelMaribel Martinez do AmaralMartinez do Amaral

Raquel Rodrigues SouzaRaquel Rodrigues Souza

RosaniaRosania PaPaíímm FloresFlores

FabienneFabienne Antunes FerreiraAntunes Ferreira ColaboradoresColaboradores

LeniseLenise ArneiroArneiro Teixeira (UFF)Teixeira (UFF)

Wanderley de Souza (UFRJ)Wanderley de Souza (UFRJ)

Richard Richard NovickNovick (NYU)(NYU)

Paul Paul DunmanDunman ((UniversityUniversity ofof Nebraska)Nebraska)