Análisis transcriptómico comparativo de Staphylococcus aureus durante la formación de biopelículas en respuesta a las citocinas TNFα, IL-1β e IL-10

Abstract

Staphylococcus aureus is a Gram-positive bacterium with cocci morphology that is found naturally in the environment and in the microbiota of the human body. It is an opportunistic pathogen that can cause endocarditis, dermatitis, pneumonia, gastroenteritis and nosocomial sepsis. Treatment for S. aureus infections is difficult due to antibiotic resistant strains, in addition to its various virulence mechanisms that allow it to evade the host immune system, such as the formation of biofilms. Biofilms are a conformation of cells arranged in an extracellular matrix with three-dimensional structure, made up of polysaccharides, proteins, and extracellular DNA and RNA, which gives bacteria up to a thousand times greater resistance. During the infectious process, various signals are secreted by the pathogen and the host, and these can detected by both sides. Cytokines secreted by the host immune system can influence the expression of S. aureus virulence genes. Comparative analysis of the three cytokine treatments (TNFα, IL-1β, and IL-10) on Staphylococcus aureus USA300 revealed marked differences in gene regulation mechanisms in response to proinflammatory and anti-inflammatory stimuli, with a total of 300 differentially expressed genes. Overall, the three treatments showed a predominance of down-regulation, promoting a general repression of metabolism, proliferation, structural genes, and virulence genes, but also up-regulated stress-response genes, and other specific genes involved in biofilm formation were differentially expressed.

Staphylococcus aureus es una bacteria Gram-positiva con morfología de cocos, se encuentra de forma natural en el ambiente y forma parte de la microbiota del cuerpo humano. Es un patógeno oportunista que puede causar endocarditis, dermatitis, neumonía, gastroenteritis y sepsis intrahospitalaria y el tratamiento para estas infecciones es un desafío debido a la aparición de cepas resistentes a antibióticos, además de sus diversos mecanismos de virulencia que le permiten evadir el sistema inmune del hospedero. Entre estos mecanismos se encuentra la formación de biopelículas que es una conformación tridimensional de células dispuestas en una matriz extracelular formada de polisacáridos, proteínas, ADN y ARN, que les confiere a las bacterias una resistencia hasta mil veces mayor. A lo largo del proceso infeccioso se secretan diversas señales tanto del patógeno como del hospedero y estas pueden ser detectadas por ambas partes, por ejemplo; las citocinas secretadas por el sistema inmune del hospedero pueden influir sobre la expresión de los genes de virulencia de S. aureus. El análisis comparativo de los tres tratamientos con citocinas (TNFα, IL-1β e IL-10) sobre Staphylococcus aureus USA300 evidenció diferencias marcadas en los mecanismos de regulación genética en respuesta a los estímulos proinflamatorios y antiinflamatorios, con un total de 300 genes diferencialmente expresados. A nivel global, los tres tratamientos mostraron predominio de regulación génica negativa, promovieron una represión general del metabolismo, proliferación, genes estructurales y genes de virulencia. La regulación de genes de respuesta al estrés fue promovida, y otros genes específicos, involucrados con la formación de biopelículas, fueron diferencialmente expresados.