Inorganic polyphosphates metabolism studies in hypervirulent Klebsiella pneumoniae strains

Abstract

La aparición de cepas hipervirulentas de Klebsiella pneumoniae (hvKp) representa una amenaza significativa para la salud pública debido a sus altas tasas de mortalidad y propensión a causar infecciones graves adquiridas en la comunidad en individuos por lo demás sanos. La capacidad de hvKp para formar biopelículas y producir una cápsula protectora contribuye a su mayor virulencia y plantea desafíos significativos para el tratamiento efectivo con antibióticos. Por lo tanto, comprender los mecanismos moleculares subyacentes a la virulencia y formación de biopelículas de hvKp es crucial para desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. La polifosfato quinasa 1 (PPK1) es una enzima responsable de la síntesis de polifosfato inorgánico y desempeña un papel vital en la regulación de varios procesos fisiológicos en bacterias. En este estudio, investigamos el impacto de la mutación de PPK1 en la formación de biopelículas y cápsulas, así como en los rasgos de virulencia en hvKp utilizando la ameba Dictyostelium discoideum como modelo hospedador. Encontramos que el mutante de PPK1 presentaba una formación de biopelículas y cápsulas deteriorada y mostraba una virulencia atenuada en D. discoideum en comparación con la cepa de tipo salvaje. Para obtener una mejor comprensión del mecanismo molecular subyacente, realizamos un análisis proteómico del mutante de PPK1 y la cepa de tipo salvaje. Los resultados revelaron que el mutante de PPK1 tenía una expresión diferencial de proteínas (DEP) involucradas en la síntesis de cápsulas (Wzi - Ugd), formación de biopelículas (MrkC-D-H), síntesis del precursor de la colibactina genotoxina (ClbB), así como proteínas asociadas con la síntesis y modificación del lípido A (LpxC - PagP). Estos hallazgos proteómicos corroboran las observaciones fenotípicas e indican que la mutación de PPK1 está asociada con una formación deteriorada de biopelículas y cápsulas, así como una virulencia atenuada en K. pneumoniae hipervirulenta. En general, nuestro estudio destaca la importancia de la síntesis de polifosfato en la regulación de la síntesis de capsula, formación de biopelículas y virulencia en K. pneumoniae, y proporciona información sobre posibles objetivos terapéuticos para el tratamiento de infecciones por K. pneumoniae

The emergence of hypervirulent Klebsiella pneumoniae (hvKp) strains poses a significant threat to public health due to their high mortality rates and propensity to cause severe community-acquired infections in otherwise healthy individuals. The ability of hvKp to form biofilms and produce a protective capsule contributes to its enhanced virulence and poses significant challenges for effective antibiotic treatment. Therefore, understanding the molecular mechanisms underlying hvKp virulence and biofilm formation is crucial for developing new therapeutic strategies. Polyphosphate Kinase 1 (PPK1) is an enzyme responsible for inorganic polyphosphate synthesis and plays a vital role in regulating various physiological processes in bacteria. In this study, we investigated the impact of PPK1 mutation on the biofilm and capsule formation, as well as virulence traits, in hvKp using Dictyostelium discoideum amoeba as a model host. We found that the PPK1 mutant was impaired in biofilm and capsule formation and showed attenuated virulence in D. discoideum compared to the wild-type strain. We performed a proteomic analysis of the PPK1 mutant and wild-type strain to gain further insight into the underlying molecular mechanism. The results revealed that the PPK1 mutant had a differential expression of proteins (DEP) involved in capsule synthesis (Wzi - Ugd), biofilm formation (MrkC-D-H), synthesis of the colibactin genotoxin precursor (ClbB), as well as proteins associated with the synthesis and modification of lipid A (LpxC - PagP). These proteomic findings corroborate the phenotypic observations and indicate that the PPK1 mutation is associated with impaired biofilm and capsule formation and attenuated virulence in hypervirulent K. pneumoniae. Overall, our study highlights the importance of polyphosphate synthesis in regulating capsule synthesis, biofilm formation, and virulence in K. pneumoniae, providing insights into potential therapeutic targets for the treatment of K. pneumoniae infections