Reversão natural promove alongamento de LPS em uma cepa atenuada de Coxiella burnetii

Introdução

C. burnetii é uma bactéria intracelular obrigatória e o agente etiológico da febre Q, uma zoonose distribuída globalmente. A variação de fase do LPS desempenha um papel fundamental na virulência de C. burnetii. O LPS de fase I (liso) está associado à máxima virulência, enquanto o LPS de fase II (rugoso), que carece de cadeias O lado de fora, está associado à avirulência. A passagem in vitro resulta na variação de fase de LPS de fase I a II. Um exemplo é a cepa atenuada Nine Mile II (NMII), que possui LPS de fase II devido a uma grande deleção cromossômica. No entanto, os mecanismos genéticos que regulam a variação de fase do LPS ainda não estão totalmente elucidados.

Neste estudo, os autores fazem a surpreendente descoberta de que o NMII sofre elongação de LPS durante a infecção de porquinhos-da-índia e cultivo axênico prolongado. Eles cunham este fenômeno de "elongação de LPS" e demonstram que é causado pela reversão de uma mutação no gene cbu0533, resultando em uma proteína CBU0533 funcionante capaz de alongar o LPS. Além disso, eles mostram que a elongação do LPS aumenta a virulência do NMII, ressaltando as implicações de biossegurança.

Métodos

• NMII foi cultivado axenicamente em ACCM-1 por 50 semanas com amostragem a cada 5 passagens.

• Porquinhos-da-índia foram infectados intraperitonealmente com NMI (virulenta), NMC (atenuada) ou NMII.

• Após 14 dias, o baço foi coletado e as bactérias foram cultivadas em ACCM-2.

• O LPS foi extraído e analisado por eletroforese em gel de prata e immunoblotting.

• O genoma bacteriano foi sequenciado por Illumina MiSeq.

• Foi realizada uma infecção de dose-resposta em porquinhos-da-índia com diferentes cepas, incluindo NMII selvagem, NMII-E (cepas de baço alongadas), NMII com cbu0533 deletado.

• A virulência foi avaliada pela febre, perda de peso e esplenomegalia.

Resultados

• Após a infecção de porquinhos-da-índia, o NMII apresentou um perfil de LPS intermediário em vez do esperado LPS de fase II.

• Da mesma forma, o cultivo axênico prolongado resultou no surgimento de LPS intermediário no NMII a partir da passagem 15.

• O sequenciamento do genoma revelou que as cepas NMII-E possuíam o gene cbu0533 revertido de 4 leucinas (inativo) para 5 leucinas (ativo).

• A infecção com NMII-E resultou em maior virulência do que o NMII parental com LPS de fase II.

• O NMII com cbu0533 deletado não conseguiu causar doença e não apresentou elongação de LPS.

Discussão

• A reversão de mutação no cbu0533 permite a biossíntese de LPS intermediário mais longo no NMII, fenômeno denominado "elongação de LPS".

• Isso provavelmente ocorre através de um evento de deslizamento da fita durante a replicação devido a repetições de leucina.

• A elongação do LPS aumenta substancialmente a virulência do NMII em porquinhos-da-índia.

• O cbu0533 codifica uma enzima crítica para as etapas iniciais da biossíntese de LPS.

• Fatores do hospedeiro como espécies reativas de oxigênio podem induzir mutações bacterianas e elongação de LPS.

• A descoberta tem implicações importantes para o uso seguro do NMII como cepa isenta de agente seletivo.

Conclusão

Este estudo demonstra que a avirulenta C. burnetii NMII pode sofrer elongação de LPS e aumento de virulência durante a infecção de hospedeiro in vivo. Isso ocorre devido à reversão de mutação no gene cbu0533, destacando um novo mecanismo genético por trás da variação de fase de LPS nesta importante bactéria patogênica. Os resultados ressaltam a necessidade de precauções ao trabalhar com C. burnetii mesmo com cepas consideradas avirulentas. O estudo abre novas linhas de investigação sobre a interação entre fase de LPS, virulência e adaptação ao hospedeiro em C. burnetii.

Ciclo de transmissão da Febre Q causada pela bactéria Coxiella burnetii

Referência LONG, Carrie M. et al. Natural reversion promotes LPS elongation in an attenuated Coxiella burnetii strain. Nature communications, v. 15, n. 1, p. 1-8, 2024.

Lucas W. S. de Sousa, Biomédico Microbiologista editor e idealizador da página Microbiologia Clínica Brasil.