Como uma grande variedade de bactérias – patogênicas e comensais – sobrevivem aos antimicrobianos liberados pelo sistema imunológico inato dos mamíferos?
A resposta para um dos antimicrobianos — hipotiocianita/ácido hipotiocianoso, ou OSCN ^– e HOSCN – foi relatado por Michael Gray, Ph.D., e colegas através da descoberta de um novo papel para uma enzima em E. coli. Esta atividade anteriormente desconhecida também é exibida por enzimas homólogas encontradas em bactérias patogênicas Streptococcus e Staphylococcus e vários micróbios intestinais comensais.

“Durante a inflamação, o sistema imunológico humano libera uma variedade de antimicrobianos reativos e prejudiciais destinados a combater patógenos invasores”, disse Gray, professor assistente da Universidade do Alabama no Departamento de Microbiologia de Birmingham. "Compreender como as bactérias podem escapar desses poderosos oxidantes, incluindo os ácidos hipohalosos como o HOSCN, é crucial para a saúde humana.

"Ao identificar a função da enzima RclA no organismo modelo E. coli - que notavelmente é capaz de competir com organismos comensais e prosperar em um intestino inflamado - lançamos as bases para entender a sobrevivência bacteriana e a relação com o sistema imunológico humano de maneiras que antes não eram compreendidas", disse Gray.

"E. coli prospera especialmente no ambiente cronicamente inflamado encontrado em pacientes com doença inflamatória intestinal, e é capaz de competir e superar outros organismos comensais importantes, sugerindo que o HOSCN pode ser um antimicrobiano relevante no intestino, o que não foi anteriormente explorado", disse.

O HOSCN é conhecido por ser abundante na saliva e nas secreções das vias aéreas como um antimicrobiano altamente específico que é quase inofensivo para as células de mamíferos. No entanto, alguns micróbios, incluindo patógenos, podem escapar do dano HOSCN durante a inflamação, permitindo o crescimento contínuo e até mesmo doenças graves.

Reportagem na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , pesquisadores liderados por Gray e Frederick Stull, professor assistente de química na Western Michigan University, Kalamazoo, explicam que a flavoproteína RclA de E. coli reduz o HOSCN a tiocianato inofensivo com eficiência catalítica quase perfeita, e essa atividade extremamente rápida protege fortemente a E. coli contra a toxicidade de HOSCN. HOSCN, portanto, parece ser o substrato fisiologicamente relevante para RclA, diz Gray, em vez de sua capacidade descrita anteriormente de resistir modestamente ao cloro reativo.

Os pesquisadores também testaram as oxidorredutases dependentes de flavina homólogas encontradas em Streptococcus pneumonia, Staphylococcus aureus e Bacteroides thetaiotaomicron. S. pneumonia e S. aureus são patógenos conhecidos por colonizar tecidos durante a inflamação crônica, especialmente nos pulmões, onde devem entrar em contato com altas concentrações de HOSCN. B. thetaiotamicron é um importante comensal do intestino humano.

Suas três oxidorredutases dependentes de flavina - que mostram 47% a 49% de identidade de sequência de aminoácidos com E. coli RclA - foram clonadas em E. coli, onde todas apresentaram atividade potente contra HOSCN. Os sítios ativos de RclA e os três homólogos mostram uma identidade de sequência de aminoácidos próxima.

O HOSCN age oxidando rapidamente aminoácidos contendo enxofre em proteínas bacterianas, especialmente cisteína. As oxidorredutases como RclA contêm dois resíduos de cisteína em seu sítio ativo. Essas duas cisteínas presumivelmente são importantes para a função da enzima, mas são um alvo mais provável para o HOSCN. Os pesquisadores mostraram que cada cisteína de sítio ativo em RclA era necessária para a função de RclA e que eles agem juntos para reduzir rapidamente o HOSCN, usando NAD(P)H.

"Talvez nossa descoberta mais emocionante seja que os homólogos de RclA, incluindo das espécies comensais do intestino B. thetaiotamicron e Limosilactobacillus reuteri e de espécies implicadas em doenças pulmonares graves, protegem contra danos HOSCN no mesmo grau que E. coli RclA", disse Gray. "Isso indica que uma ampla gama de bactérias, tanto comensais quanto patogênicas, podem possuir defesas específicas contra o estresse HOSCN. Aprender mais sobre o escopo de proteção fornecido por esta enzima para espécies patogênicas nos dará um melhor conhecimento sobre uma ampla gama de doenças potencialmente, incluindo fibrose cística, doença inflamatória intestinal e doenças bucais."

"Embora ainda não tenhamos abordado diretamente o efeito dessa enzima na colonização do hospedeiro in vivo, estabelecemos uma base importante para estudos futuros com os dados que reunimos aqui", disse Gray. + Explorar mais

Funcionalidade variada de uma enzima que decompõe os lipídios