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Type: Dissertação
Title: Efeito dos metabólitos de triptofano provenientes da microbiota indígena sobre a virulência de isolados clínicos de Pseudomonas aeruginosa
Authors: Carlos Eduardo Dias Igídio
First Advisor: Caio Tavares Fagundes
First Co-advisor: Camila Pacheco Silveira Martins da Mata
First Referee: Luciana Debortoli de Carvalho
Second Referee: Simone Gonçalves dos Santos
Abstract: Pacientes submetidos à tratamento em Unidade de Terapia intensiva (UTI) e imunocomprometidos são frequentemente vítimas de infecções oportunistas, como infecções dos tratos respiratório e urinário. Ademais, o longo curso de antibioticoterapia contribui para a disseminação da resistência entre espécies e para impactos deletérios no microbioma benéfico. O efeito disbiótico, seja por alterações na diversidade microbiana ou produção de metabólitos pode favorecer a colonização do hospedeiro por patógenos. Sabe-se, por exemplo, que o indol, produto do metabolismo do aminoácido essencial triptofano pela microbiota indígena, é capaz de modular a expressão e atividade de fatores de virulência em Pseudomonas aeruginosa in vitro, atuando no controle da infecção experimental por essa bactéria. P. aeruginosa é um patógeno oportunista Gram-negativo e um dos principais agentes de pneumonia em ambiente hospitalar, responsável por altos índices de morbidade e mortalidade. Devido ao seu caráter multidroga resistente e a sua diversidade em fatores de patogenicidade, faz-se necessária a busca por moléculas com potencial atividade anti-virulência. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do indol e de outros metabólitos de triptofano provenientes da microbiota indígena sobre a virulência de isolados clínicos de P. aeruginosa. Para isso, foram realizados testes in vitro de motilidade, produção de biofilme e quantificação de piocianina e pioverdina utilizando as linhagens PAO1, PA103, PA14 e isolados clínicos obtidos do Hospital Risoleta Tolentino Neves. Além disso, foi investigado a expressão de genes envolvidos na virulência por P. aeruginosa na presença ou ausência dos metabólitos de triptofano e verificado o efeito da exposição da P. aeruginosa aos metabólitos na interação com macrófagos murinos in vitro, e durante a infecção pulmonar experimental em camundongos. Os metabólitos estudados reduziram a capacidade de motilidade, bem como a produção dos pigmentos piocianina e pioverdina. Por outro lado, o indol e o ácido indolacético (IAce), favoreceram a formação de biofilme por P. aeruginosa, sendo que o efeito do indol foi mais pronunciado. Além disso, nós demonstramos que esses metabólitos também alteram o curso da infecção pulmonar em um modelo experimental murino, uma vez que animais infectados com a bactéria crescida na presença do indol apresentaram uma maior perda de peso e, consequentemente, maior taxa de letalidade. Ainda, verificamos que os animais que receberam a bactéria crescida no IAce apresentaram menor taxa de letalidade em relação ao grupo controle, apesar de apresentarem maior carga bacteriana no lavado broncoalveolar. A análise em isolados clínicos de P. aeruginosa confirmou a elevada diversidade fenotípica desse patógeno, o que refletiu em efeitos variados do indol e IAce. Nossos resultados demonstraram que produtos do triptofano pelo metabolismo da microbiota intestinal, são capazes de alterar o perfil de virulência tanto em linhagens laboratoriais quanto em isolados clínicos de Pseudomonas aeruginosa.
Abstract: Patients developing treatment in an Intensive Care Unit (ICU) and immunocompromised are often victims of opportunistic infections, such as respiratory and urinary tract infections. Furthermore, the long course of antibiotic therapy contributes to the spread of resistance between species and to deleterious impacts on the beneficial microbiome. The disbiotic effect, whether due to changes in microbial diversity or metabolite production, can favor host colonization by pathogens. It is known, for example, that indole, a product of the metabolism of the essential amino acid tryptophan by the indigenous microbiota, is able to modulate the expression and activity of virulence factors in Pseudomonas aeruginosa in vitro, acting in the control of experimental infection by this bacterium. P. aeruginosa is a Gram-negative opportunistic pathogen and one of the main agents of pneumonia in the hospital environment, responsible for high rates of morbidity and mortality. Due to its resistant multidrug character and its diversity in pathogenicity factors, it is necessary to search for molecules with potential anti-virulence activity. In this sense, the aim of this study was to evaluate the effect of indole and other tryptophan metabolites from the indigenous microbiota on the virulence of clinical isolates of P. aeruginosa. For this, in vitro tests of motility, biofilm production and quantification of pyocyanin and pyoverdine were performed using strains PAO1, PA103, PA14 and clinical isolates obtained from Hospital Risoleta Tolentino Neves. Furthermore, we investigated the expression of genes involved in virulence by P. aeruginosa in the presence or absence of tryptophan metabolites and verified the effect of P. aeruginosa exposure to metabolites in the interaction with murine macrophages in vitro, and during experimental pulmonary infection in mice. The studied metabolites reduced the motility capacity, as well as the production of the pigments pyocyanin and pioverdine. On the other hand, indole and indoleacetic acid (IAce) favored biofilm formation by P. aeruginosa, and the indole effect was more pronounced. Furthermore, we demonstrated that these metabolites also alter the course of lung infection in an experimental murine model, since animals infected with the bacteria grown in the presence of indole showed greater weight loss and, consequently, a higher fatality rate. Furthermore, we found that the animals that received the bacteria grown in the IAce had a lower lethality rate compared to the control group, despite having a higher bacterial load in the bronchoalveolar lavage. The analysis of clinical isolates of P. aeruginosa confirmed the high phenotypic diversity of this pathogen, which reflected in varied effects of indole and IAce. Our results demonstrated that tryptophan products by the metabolism of the intestinal microbiota are able to change the virulence profile both in laboratory strains and in clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa.
Subject: Microbiologia
Triptofano
Indóis
Pseudomonas aeruginosa
Virulência
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Microbiologia
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/39079
Issue Date: 25-Jun-2021
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