Um pequeno RNA de Pseudomonas aeruginosa regula a infecção crônica e aguda

Nature volume 618, páginas 358–364 (2023)Cite este artigo

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A capacidade de alternar entre diferentes estilos de vida permite que os patógenos bacterianos prosperem em diversos nichos ecológicos1,2. No entanto, falta uma compreensão molecular das mudanças no estilo de vida do hospedeiro humano. Aqui, ao examinar diretamente a expressão gênica bacteriana em amostras de origem humana, descobrimos um gene que orquestra a transição entre infecção crônica e aguda no patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa. O nível de expressão deste gene, aqui denominado sicX, é o mais alto dos genes de P. aeruginosa expressos em feridas crónicas humanas e infecções de fibrose cística, mas é expresso em níveis extremamente baixos durante o crescimento laboratorial padrão. Mostramos que o sicX codifica um pequeno RNA que é fortemente induzido por condições de baixo oxigênio e regula pós-transcricionalmente a biossíntese anaeróbica da ubiquinona. A deleção do sicX faz com que P. aeruginosa mude de um estilo de vida crônico para um estilo de vida agudo em vários modelos de infecção em mamíferos. Notavelmente, o sicX também é um biomarcador para esta transição crónica para aguda, pois é o gene mais regulado negativamente quando uma infecção crónica é dispersada para causar septicemia aguda. Este trabalho resolve uma questão de décadas sobre a base molecular subjacente à mudança crônica para aguda em P. aeruginosa e sugere o oxigênio como o principal fator ambiental de letalidade aguda.

Muitas bactérias patogênicas podem colonizar seus hospedeiros e persistir cronicamente. Em alguns casos, as bactérias disseminam-se dos locais iniciais da infecção para outras partes do corpo, resultando em doenças sistémicas agudas. Uma questão central na biologia é compreender os mecanismos moleculares e os sinais ambientais que controlam esta mudança de estilo de vida. O patógeno humano oportunista P. aeruginosa pode causar infecções agudas e crônicas que são notoriamente difíceis de tratar. P. aeruginosa existe como células únicas (estilo de vida planctônico) ou agregados fechados por matriz (estilo de vida de biofilme), que são considerados favorecedores de infecções agudas e crônicas, respectivamente. Portanto, os estudos laboratoriais têm tradicionalmente se concentrado em sondar a transição biofilme-planctônica de P. aeruginosa in vitro, com o objetivo de compreender as mudanças no estilo de vida desse patógeno em humanos. Décadas de trabalho mostraram como sistemas regulatórios globais, como o di-GMP cíclico de segundo mensageiro3,4,5 e o sistema Gac-Rsm2,6,7,8,9,10,11,12 controlam a transição biofilme-planctônica de P aeruginosa in vitro, fornecendo informações críticas sobre a história de vida desta bactéria. No entanto, até agora, permanece incerto como a P. aeruginosa responde aos estímulos ambientais e, consequentemente, muda o estilo de vida da infecção no hospedeiro mamífero. Neste estudo, abordamos essa lacuna no conhecimento aproveitando os transcriptomas de P. aeruginosa adquiridos de amostras de origem humana para descobrir e caracterizar mecanicamente um novo RNA pequeno, denominado indutor de sRNA da infecção crônica X (SicX), que governa a doença crônica de P. aeruginosa. ou decisão aguda durante infecção em mamíferos.

Anteriormente, obtivemos transcriptomas de P. aeruginosa de alta resolução a partir de amostras de infecção humana, incluindo amostras de escarro de pacientes com fibrose cística e amostras de desbridamento de pacientes com feridas crônicas . Utilizando métodos de aprendizado de máquina, identificamos 30 genes de P. aeruginosa cujos níveis de expressão diferenciam coletivamente o crescimento de P. aeruginosa em humanos daquele em laboratório . Mais da metade desses genes não estão caracterizados, destacando uma lacuna substancial no conhecimento da biologia da infecção humana por P. aeruginosa. Incluído nesses genes de função desconhecida está o PA1414 (locus tag na cepa PAO1 de P. aeruginosa), cujo nível de expressão em humanos foi 222 vezes maior do que em laboratório, e seu nível de expressão é o mais alto dos genes de P. aeruginosa expressos durante a infecção humana (Fig. 1a). Em seguida, comparamos a abundância relativa (transcrições por milhão (TPM)) de transcritos PA1414 com aqueles de outros transcritos codificadores de proteínas (5.893 genes) e não codificadores (199 sRNAs) (Fig. 1b). Em média, os transcritos PA1414 representaram 13,85% do TPM em transcriptomas de P. aeruginosa adquiridos de amostras de infecção crônica humana e, notavelmente, constituíram quase 50% do total de TPM em alguns casos. No entanto, o nível de expressão de PA1414 foi extremamente baixo em P. aeruginosa cultivada sob condições padrão in vitro. PA1414 é um gene pequeno (234 pares de bases) de função desconhecida. O exame de 261 genomas completos de P. aeruginosa identificou 258 ortólogos PA1414 (Fig. 1c e Dados Estendidos Fig. 1), e nenhum homólogo foi identificado em outras espécies de Pseudomonas ou outros organismos. As sequências de ADN dos ortólogos PA1414, incluindo as suas regiões promotoras a montante, são altamente conservadas (Fig. 1d), sugerindo que o PA1414 tem uma função conservada e a regulação da sua expressão é universal entre os isolados de P. aeruginosa.