Participación del sistema AtoS-AtoC en la expresión inducida por ácidos grasos de cadena corta del factor de virulencia iha en una cepa de E. coli Stec Lee

Abstract

Cada año se reportan más de 2 millones de casos de diarrea aguda en niños menores de cinco años. En este grupo, se estima que la diarrea aguda causa entre 0,8-2 millones de muertes anualmente. Existen más de 20 enteropatógenos causantes de diarrea aguda siendo los agentes más comunes los virus junto con bacterias del grupo de Escherichia coli diarreogénicas. De los patotipos pertenecientes a este último grupo, E. coli productor de Shiga-toxina (STEC) representa uno de los mejor documentados. STEC es un patógeno zoonótico causante de episodios de diarrea, colitis hemorrágica y síndrome hemolítico urémico (SHU), el cuadro clínico extraintestinal más grave producido por esta bacteria. El serotipo O157:H7 es el serotipo referencial de STEC y produce las infecciones más severas, siendo capaz de generar todos los cuadros clínicos antes mencionados. Sin embargo, existen más de 400 serotipos de STEC implicados en infecciones humanas. Las cepas de STEC se caracterizan por su habilidad de producir Shiga-toxinas, proteínas que median las complicaciones sistémicas de la infección, junto con su habilidad para inducir lesiones características en el epitelio intestinal humano, proceso mediado en gran parte por la isla de patogenicidad LEE (del inglés Locus of Enterocyte Effacement). Pese a que la presencia de la isla LEE se considera necesaria para la virulencia de STEC, recientes estudios han revelado la existencia de cepas de STEC carentes de LEE (LEE-), como las pertenecientes a los serotipos O113:H21 y O91:H21, cuyos brotes son capaces de generar cuadros clínicos indistinguibles de los producidos por cepas de STEC que sí poseen LEE (LEE+), como las del serotipo O157:H7. Desde esta perspectiva, los serotipos LEE- representan un grupo de patógenos epidemiológicamente emergente. Recientemente nuestro laboratorio reportó una nueva isla de patogenicidad presente únicamente en cepas LEE-, denominada Locus de Adherencia y Autoagregación (LAA). Esta isla codifica, entre otras cosas, la adhesina Iha y el sistema de dos componentes AtoS-AtoC. Un estudio reciente mostró que la expresión de la adhesina Iha se ve modificada por la presencia de ácidos grasos de cadena corta. En E. coli, la utilización de estos ácidos grasos se realiza mediante las enzimas codificadas por el operón atoDAEB, cuya expresión se encuentra a su vez bajo el control del sistema AtoS-AtoC. Sin embargo, se desconoce si este último sistema participa en el efecto que provocan los ácidos grasos sobre la expresión de iha, mecanismo a su vez desconocido. En lo particular, entender este mecanismo contribuiría a conocer la regulación génica de esta adhesina y de paso, a dilucidad el mecanismo general de patogenicidad de STEC LEE- LAA+, permitiendo el desarrollo de nuevas estrategias diagnósticas que puedan ser usadas para prevenir el fenómeno de adherencia en el colon humano y/o bovino. El propósito de este trabajo fue establecer si el sistema AtoS-AtoC participa en el efecto de inducción que provocan los ácidos grasos de cadena corta sobre la expresión de iha, usando como modelo de estudio una cepa STEC LEE- (LAA+) serotipo O91:H21. Para esto, el sistema AtoS-AtoC se ubicó en medio del eje ácidos grasos-iha, evaluando de manera sistemática las relaciones ácidos grasos-sistema y sistema-iha. En la cepa silvestre, la exposición a ácidos grasos no modificó la expresión de iha. Esta última no se vio modificada incluso tras la activación del sistema AtoS-AtoC, descartando la participación de este sistema en la regulación de iha. Pese a esto, en el presente trabajo se muestra que la presencia de ácidos grasos impide el normal funcionamiento del sistema AtoS-AtoC y se demuestra que en la cepa silvestre existen dos alelos distintos para el gen iha

Each year are reported more than 2 million cases of acute diarrhea in children under 5 years old. In this group, it is estimated that acute diarrhea causes between 0.8-2 million deaths annually. Although, there are more than 20 enteropathogens that cause acute diarrhea, the most common agents are viruses together with diarrheagenic Escherichia coli. In the latter group, Shiga toxin-producing E. coli (STEC) represents one of the more studied pathotypes. STEC is a zoonotic pathogen that causes diarrhea episodes, hemorrhagic colitis and haemolytic uraemic syndrome (SHU), the most severe extra intestinal clinical pattern caused for this pathotype. The STEC O157:H7 serotype is a referential serotype and produces more severe infections, is capable to generate all the clinical symptoms mentioned above. There are more than 400 serogroups of STECs involved in human infections. STEC strains are characterized by their ability to produce Shiga-toxins, proteins that mediate the systemic complications of infection, and are capable to induce characteristic lesions in the human intestinal epithelium, a process mediated by LEE pathogenicity island (from Locus of Enterocyte Effacement). Although the presence of LEE island is considered necessary for the virulence of STEC, recent studies have revealed the existence of STEC strains lacking LEE (LEE-), such as serotypes O113:H21 and O91:H21 responsible for outbreaks with clinical patterns indistinguishable from the produced by O157:H7 serotype. From this perspective, LEE- serotypes represent a group of epidemiologically emergent pathogens. Previous studies in our group, identify a new pathogenicity island present only in LEE- strains, named Adherence and Autoaggregation Locus (LAA). This island codes, among other genes, the adhesin Iha and the two-component system AtoS-AtoC. Recent works show that the expression of the Iha adhesin is modified by the presence of short chain fatty acids. In E. coli, the utilization of these fatty acids is carried out by the enzymes encoded within the operon atoDAEB, whose expression is in turn under the control of the AtoS-AtoC system. However, is unknown if this last system participates in the effect that fatty acids causes on the expression of iha, a mechanism still unknown. In particular, understanding this mechanism would contribute to known the gene regulation of this adhesin and, in adition, would contribute to elucidate the general mechanism of pathogenicity of STEC LEE- (and LAA+), to allow the development of new diagnostic strategies that it could be used for prevent the of adhesion in the human and/or bovine colon. The purpose of this work was to establish if the AtoS-AtoC system participates in the induction effect caused by short-chain fatty acids on the expression of iha, using a strain STEC LEE- (LAA+) serotype O91:H21 as a study model. With this purpose, the AtoS-AtoC system was placed in the center of the axis: fatty acids-iha, to evaluate systematically the relationships between fatty acid-system and system-iha. In the wild-type strain, the exposure to fatty acids did not change the expression of iha. Further, is not modified even after the activation of the AtoS-AtoC system, discarding the participation of this system in the regulation of iha. Despite this, this work shows that the presence of fatty acids prevents the normal function of the AtoS-AtoC system and demonstrate that in the wild-type strain exists two different copies of the iha gene