Mecanismos de regulación asociados a la formación de biopelículas en Staphylococcus aureus en respuesta a señales inmunomoduladoras del hospedero

Abstract

During infection, Staphylococcus aureus is exposed to a wide range of host-derived signaling molecules, including hormones, cytokines, and chemokines of the immune system, as well as other substances secreted by the microbiota that coexist in the human niche. Infection by S. aureus triggers inflammation and the rapid release of immune mediators, which represent the first host signals encountered by the bacterium. These signals are perceived from biofilms attached to infected tissues, even before S. aureus responds to immunomodulatory host signals such as the cytokines TNFα and IL-1β or IL- 10, by determining cell viability and biofilm structure in vitro in S. aureus strain ATCC 27543 and USA 300 that share a similar genetic background, as well as evaluating the expression levels of global regulators of expression (agrA, rnaIII, saeR, sarA, sigB) involved in the control of bacterial virulence. All cytokines reduced bacterial viability in both the sessile and planktonic phases in a dose-dependent manner at concentrations ranging from 0,1-100 ng/ml. They also induced cytokine-specific structural changes in the biofilms, primarily in the thickness, the proportion of dead cells, and the presence of channels. Under the effect of IL-1β, the expression levels of agrA, saeR, and sigB decreased; the expression of rnaIII increased; however, the transcription of sarA remained unchanged, as did that of gyrA. In response to TNFα, the expression levels of all analyzed genes increased; however, only rnaIII and sigB showed statistically significant differences compared to the reference gene. In contrast, IL-10 increased the expression of genes in the Agr system (agrA and rIII). saeR and sarA showed basal expression levels. sigB expression, on the other hand, decreased considerably compared to gyrA.

Staphylococcus aureus, al desarrollar infecciones, se encuentra expuesto a moléculas de señalización del hospedero; entre ellas se incluyen hormonas, citocinas, quimiocinas del sistema inmune, así como sustancias secretadas por la microbiota que coexiste en el nicho humano. S. aureus, al infectar, causa inflamación y estimula la secreción de señales del sistema inmunológico, que son las primeras moléculas a las que se encuentra expuesto. Estas señales se perciben desde las biopelículas adheridas a los tejidos infectados e incluso antes de su formación. En este trabajo se analizó si S. aureus responde a señales inmunomoduladoras como las citocinas TNFα, IL-1β o IL-10, mediante la determinación de la viabilidad celular y la estructura de las biopelículas in vitro en cepas de S. aureus ATCC 27543 y USA 300. Así mismo, se evaluaron los niveles de expresión de los reguladores globales de la expresión (agrA, arnIII, saeR, sarA, sigB) involucrados en el control de la virulencia de la bacteria. Todas las citocinas utilizadas redujeron la viabilidad bacteriana tanto de la fase sésil como planctónica de una manera dependiente de la dosis, en concentraciones entre 0,1-100 ng/ml. También generaron cambios estructurales específicos de cada citocina en las biopelículas, principalmente en el grosor, la proporción de células muertas y la presencia de canales. Bajo el efecto de IL-1β, los niveles de expresión de agrA, saeR, sigB disminuyeron; la expresión de arnIII aumentó, en cambio, la transcripción de sarA no presentó cambios respecto a gyrA. Ante TNFα, los niveles de expresión de todos los genes analizados se incrementaron; sin embargo, sólo arnIII y sigB presentaron diferencias estadísticamente significativas con respecto a gyrA. Con IL-10, se incrementaron los genes del sistema Agr (agrA y arnIII), mientras que saeR y sarA mostraron un nivel de expresión basal; por el contrario, sigB disminuyó su expresión considerablemente, en comparación con el nivel de expresión de gyrA.