Abordagem proteômica da interação bactéria-hospedeiro na colibacilose aviária

Abstract

Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em frangos conhecidas como colibacilose. A APEC MT78, ao contrário de outras linhagens APEC, foi capaz de invadir células não-fagocitárias no modelo de fibroblastos aviários (CEC-32). Considerando que as interações patógeno-hospedeiro envolvem modificações na abundância de proteínas e padrões de expressão, principalmente nas proteínas de superfície, nosso objetivo foi comparar o proteoma da MT78 crescida em meio de cultura celular com o proteoma de MT78 isolada de fibroblastos aviários infectados (condição de co-cultura). Desenvolvemos aqui a padronização das etapas de extração de proteínas totais, isolamento de células bacterianas do co-cultivo e análise proteômica de modo a obtermos uma análise proteômica global reprodutível e de qualidade. A análise da interação APEC MT78 e células CEC-32 por microscopia óptica e eletrônica de varredura revelou que essa cepa se associa à célula-alvo em um padrão de adesão localizada. A internalização de APEC MT78 pareceu ocorrer como resultado de uma interação entre bactéria-célula que dispara rearranjos do citoesqueleto de actina da célula-alvo, formando estruturas filo e lamelipodiais que são dependentes da viabilidade bacteriana. O reisolamento de células bacterianas intactas, observadas por microscopia eletrônica de transmissão, após o co-cultivo com CEC-32 foi obtido através da técnica de solubilização diferencial de membranas. As células bacterianas foram sonicadas e as proteínas digeridas em solução seguida de uma etapa de purificação. Nós identificamos 69 proteínas, distribuídas em 9 classes funcionais, incluindo as proteínas de membrana FimA, OmpA and OmpC. A proteína OmpA já foi associada a invasão do patógeno humano NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) à células HBMEC. Esses experimentos representam a primeira investigação proteômica global em E. coli patogênica aviária. As proteínas identificadas representaram diferentes rotas metabólicas, funções fisiológicas e diferentes localizações subcelulares.

In poultry, Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) cause localized extra- intestinal infections that often become systemic. APEC strain MT78 was able to invade non-phagocytic avian fibroblasts in vitro, raising the possibility that some APEC strains may invade epithelial cells and gain systemic access. Using light microscopy and scanning electron microscopy, we observed that viable MT78 strain associated with CEC-32 fibroblasts cells in clusters, and following association, MT78 internalization appeared to result from cytoskeleton rearrangements, such as filopodia and lamellipodia, in the eukaryotic membrane. Considering that host-pathogen interactions involve modifications of protein abundance and expression, mainly in surface proteins, we compared the proteome of MT78 harvested from culture medium with the proteome of MT78 isolated from infected avian fibroblasts (co-culture condition). For this purpose, we developed standard analytical procedures for global protein extraction and isolation of bacterial cells from infected CEC-32. Judged by transmission electron microscopy, we successfully reisolated intact APEC MT78 cells from CEC-32 fibroblasts using the differential membrane solubilization method. Bacterial cells were then sonicated and proteins digested in solution following a clean up procedure. We identified 69 proteins, distributed in 9 functional classes, including the membrane proteins FimA, OmpA and OmpC. The OmpA protein was already associated to invasion of the human pathogen called NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) to endothelial cell line HBMEC. Our results represent the first global proteomic investigation in APEC. The proteome of MT78 infecting avian fibroblasts may allow us to identify key proteins linked to the successful adhesion and/or invasion of host cells by APEC and thus throw light into the pathogenesis of avian colibacillosis.