Identificación de genes comunes requeridos para la colonización sistémica de Salmonella enterica serovares Typhi, Typhimurium y Enteritidis mediante un análisis global de mutantes bajo selección negativa in vivo

Abstract

El género Salmonella comprende dos especies, S. enterica y S. bongori, que en conjunto agrupan a más de 2.500 serovares. De éstos, los pertenecientes a S. enterica subespecie enterica son responsables de aproximadamente el 99% de los casos de salmonelosis en animales de sangre caliente. A nivel mundial se producen anualmente millones de casos de salmonelosis en el ser humano y miles de muertes, principalmente en países subdesarrollados. En esta tesis se propuso identificar un conjunto de genes requeridos para la colonización sistémica de un hospedero murino por tres serovares de Salmonella: S. Typhi, S. Typhimurium y S. Enteritidis. Este estudio se realizó mediante un análisis masivo de mutantes bajo selección negativa in vivo. La detección de aquellas mutantes con defectos en la colonización sistémica aguda de ratones BALB/c se realizó mediante hibridaciones comparativas utilizando un microarray genómico de Salmonella. El posterior análisis comparativo de las mutantes bajo selección negativa in vivo en los tres serovares, nos permitió identificar que mutantes en 131 genes serían atenuadas in vivo. Dentro de este grupo identificamos genes codificados en islas de patogenicidad conservadas del género Salmonella, genes necesarios para la biosíntesis de purinas y compuestos aromáticos (aro, pur y gua), genes relacionados con la biosíntesis y modificación del LPS (rfa, rfb) y genes que codifican reguladores globales asociados a patogenicidad (phoP, envZ, rpoN, dam y rsd). Otros genes identificados corresponden a los que codifican el sistema transportador de proteínas Twin-Arginine (tatABC), genes que codifican las diferentes subunidades de una NADH deshidrogenasa (genes nuo); un locus que corresponde a un transportador de péptidos del tipo ABC (sapBF). También pudimos detectar que mutantes en genes involucrados en el transporte de solutos se encuentran bajo selección, como trkH que codifica un transportador de potasio. El sistema de transporte Twin-Arginine corresponde a una de las dos vías de translocación de proteínas hacia el espacio periplasmático en bacterias Gram negativo. La participación de este sistema en la patogenicidad de Salmonella se confirmó mediante ensayos de competencia in vivo entre mutantes definidas del operón y la respectiva cepa silvestre en los tres serovares estudiados. El análisis global de mutantes en tres serovares nos permitió determinar un conjunto de genes comunes necesarios para establecer la colonización sistémica aguda en un hospedero murino. Posteriormente, se confirmó la participación del sistema de transporte de proteínas Tat en la patogenicidad de Salmonella. Los resultados de los ensayos de competencia nos permitieron confirmar la predicción obtenida en el análisis de masivo de mutantes bajo selección negativa in vivo.

The Salmonella genus comprises two species: S. bongori and S. enterica, which can be grouped into more than 2,500 serotypes. Serovars within S. enterica subspecies enterica account for ~99% of all salmonellosis in warm-blooded animals. Worldwide, these organisms are responsible for hundreds of millions of salmonellosis cases and hundreds of thousands of deaths, mainly in underdeveloped countries. In this thesis, we aimed to identify a group of genes required for systemic colonization of a murine host by three Salmonella serotypes: S. Typhi, S. Typhimurium and S. Enteritidis. We used a high-throughput microarray-based screening for mutants with defects in systemic colonization of BALB/c mice. Subsequent comparative analysis of mutants under negative selection in vivo allowed us to identify that mutants in 131 genes are attenuated in the three serotypes under study. Within this group we found genes encoded in some of the pathogenicity islands conserved in the Salmonella genus, genes required for biosynthesis of purines and aromatic compounds (aro, pur and gua), genes related to LPS biosynthesis (rfa and rfb) and genes encoding regulators previously associated with virulence (phoP, envZ, rpoN, dam and rsd). Other genes identified are those encoding the Twin-Arginine transport system (tatABC), genes coding the different subunits of a NADH dehydrogenase (nuo genes) and a locus encoding an ABC peptide transporter (sapBF). We also identified that mutants in genes involved in solute transport (i.e: trkH, that encodes a potassium transporter) are under negative selection in vivo. The Twin-Arginine transport system corresponds to one of the two pathways used by Gram-negative bacteria to translocate proteins to the periplasmatic space. Participation of this system in Salmonella pathogenicity was confirmed in the three serotypes under study by means of in vivo competition assays between targeted mutants of the operon and the corresponding wild-type strains. Overall, the global analysis of mutants under negative selection in vivo in three serotypes of Salmonella allowed us to identify a common group of genes required to establish acute systemic colonization of a murine host. We confirmed the participation of the Tat transport system in the pathogenicity of Salmonella using in vivo competition assays. These results further support the predictions obtained in our global analysis.