Análise comparativa do genoma de bacteriófagos isolados da compostagem e estudo dos determinantes de sua interação com Pseudomonas aeruginosa

Autor: Fernando Pacheco Nobre Rossi
Přispěvatelé: Aline Maria da Silva, João Carlos Setubal, Regina Lúcia Baldini, Luciano Antonio Digiampietri, José Luiz Caldas Wolff
Rok vydání: 2021
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
DOI: 10.11606/d.95.2019.tde-16012021-172222
Popis: Bacteriófagos, ou fagos, são vírus que infectam bactérias, muito abundantes na natureza e que exibem extraordinária diversidade genômica. Além de sua importância para o desenvolvimento da biologia molecular, os fagos são considerados potenciais agentes terapêuticos no controle de bactérias multirresistentes a antibióticos. A ampla maioria dos bacteriófagos conhecidos estão classificados morfologicamente nas famílias Myoviridae, Siphoviridae e Podoviridae, que compõem a ordem Caudovirales. A adsorção do fago a superfície bacteriana é a primeira etapa da interação e um requerimento absoluto para o sucesso da infecção e posterior replicação do genoma do fago, seguida pela produção e liberação das partículas virais. Os determinantes mais comumente envolvidos na etapa de adsorção são a pilina majoritária (PilA) do pilus do tipo 4 (T4P) e o lipolissacarídeo (LPS), ambos presentes na superfície bacteriana, e as estruturas da cauda da partícula viral. A compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na interação dos fagos com cepas bacterianas suscetíveis é um dos requisitos para a avaliação de seu potencial de uso na fagoterapia. Em trabalho anterior de nosso grupo, foram isolados seis fagos (ZC01, ZC03, ZC04, ZC06, ZC07 e ZC08) de amostras de compostagem, utilizando-se Pseudomonas aeruginosa PA14 como hospedeira, os quais tiveram seus respectivos genomas sequenciados. Os genomas dos fagos ZC01, ZC03 e ZC08 foram analisados e foi demonstrado experimentalmente que ZC01 (Siphoviridae) e ZC03 e ZC08 (Podoviridae) têm uma abrangência restrita quanto a suscetibilidade à infecção de isolados clínicos de P. aeruginosa. Resultados anteriores também apontaram o T4P como receptor para a adsorção dos fagos ZC01, ZC03 e ZC08. No presente trabalho, tivemos como objetivo aprofundar a caracterização genômica dos outros três fagos isolados da compostagem (ZC04, ZC06 e ZC07), também da família Podoviridae, e comparar seus determinantes potencialmente envolvidos na interação específica com P. aeruginosa. Além disso, analisamos características de componentes da superfície bacteriana preditos como receptores específicos desses fagos, através da análise de genomas de 18 isolados clínicos que experimentalmente se mostraram suscetíveis ou resistentes à infecção por esses fagos. Os resultados obtidos nos permitem concluir que os fagos de P. aeruginosa ZC03, ZC04, ZC06, ZC07 e ZC08, mesmo que muito próximos filogeneticamente e pela alta similaridade de seus genomas, apresentam diferenças potencialmente importantes para suas respectivas capacidades de infecção e propagação. A análise do proteoma predito mostrou importantes diferenças nas fibras das caudas desses fagos que podem ser relevantes para explicar suas distintas capacidades de infecção a alguns isolados clínicos. Por outro lado, não observamos uma relação perfeita entre capacidade de infecção dos fagos ZC01, ZC03 e ZC08 e as diferentes estruturas primárias da pilina majoritária PilA identificada nos genomas dos 18 isolados de P. aeruginosa. Também não foi possível identificar relação entre suscetibilidade ou resistência à infecção com os distintos padrões de glicosilação da PilA ou com os sorotipos (tipo de antígeno O do LPS) preditos para estes isolados. Os resultados obtidos sugerem que a relação entre a capacidade de infecção dos fagos e seus determinantes que participam na etapa de adsorção está associada a diferentes interações com estruturas distintas na superfície bacteriana. Bacteriophages, or phages, are virus that infect bacteria. Phages are very abundant in nature and display an extraordinary genomic diversity. Besides their importance to the development of molecular biology, phages are potential agents for therapeutic control of multidrug-resistant bacteria. Based on their morphology, the vast majority of known phages is classified in the families Myoviridae, Siphoviridae and Podoviridae, which comprise the order Caudovirales. Phage particle adsorption to bacterial surface is the first step of the interaction and is an absolute requirement for successful infection, followed by phage genome replication, production and release of new viral particles. The most common determinants involved in phage adsorption step are the major pilin (PilA) of the type 4 pilus (T4P) and lipopolysaccharide (LPS) in the host surface, and tail structures of the phage particle. The understanding of the molecular mechanisms involved in the interaction of phages with susceptible host strains is one of the requirements for the evaluation of their therapeutic potential in phage therapy. In a previous work of our group, six phages (ZC01, ZC03, ZC08, ZC04, ZC06 and ZC07) were isolated from composting samples using Pseudomonas aeruginosa PA14 as a host, which had their respective genomes sequenced. The genomes of the phages ZC01, ZC03 and ZC08 were analyzed and it was experimentally shown that ZC01 (Siphoviridae) and ZC03 and ZC08 (Podoviridae) have a narrow host range against P. aeruginosa clinical isolates. Moreover, T4P was suggested as the receptor for adsorption of ZC01, ZC03 and ZC08. In the present work we aimed to deepen the characterization of the three remaining phages isolated from composting (ZC04, ZC06 and ZC07), also from the family Podoviridae, and compare their determinants potentially involved in the specific interaction with P. aeruginosa. In addition, the characteristics of surface components predicted as specific receptors were analyzed using the genomes of 18 P. aeruginosa clinical isolates that experimentally showed susceptibility or resistance to infection for these phages. The obtained results lead us to the conclusion that even though the P. aeruginosa phages ZC03, ZC04, ZC06, ZC07 and ZC08 were phylogenetically close and shared high genome similarity, they present differences potentially important for their infection and propagation capabilities. The analysis of the predicted proteome showed important differences in the tail fibers from these phages that might be relevant to explain their distinct infection capabilities in some clinical isolates. On the other hand, we have not observed a perfect relation between ZC01, ZC03 and ZC08 infection capabilities and the major pilin (PilA) primary structure identified in the 18 P. aeruginosa clinical isolates. We also have not found a relation of the infection susceptibility or resistance to the PilA glycosylation patterns nor the O antigen serotypes predicted for each isolate. Our results suggest that the relation between the phages infection capability and their adsorption determinants is associated with different interactions to distinct bacterial surface structures.
Databáze: OpenAIRE
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