Proteome of biofilm produced by a S. pseudintermedius strain

Abstract

Staphylococcus pseudintermedius is an opportunistic pathogenic bacterium responsible for most skin and post-surgical infections in dogs. The number of bacterial strains resistant to β-lactam antibiotics is increasing and are the major challenges now faced by veterinary medicine. Bacteria that produce biofilm are more resistant to treatment and thus, the production of this structure is already considered a virulence factor. In a biofilm, bacteria are embedded in a matrix of extracellular polymeric substances (EPS) some of which are proteins. With the objective to know more of this array element, the characterization of the biofilm matrix proteome (BMP) from a highly virulent S. pseudintermedius strain isolated from a dog with severe pyoderma was performed. Biofilm was developed by culturing the S. pseudintermedius strain 5819/10 in specific media. The biofilm matrix was then be separated from bacterial cells and evaluated for their protein content and complexity. Finally, the proteome was separated by 1D electrophoresis and characterized by nanoLC-ESI-Q-TOF and analysed using bioinformatics tools. The BMP of strain S. pseudintermedius 5819/10 consisted in a diverse group of proteins, where 63% of the proteins could be related to either the extracellular region or the plasma membrane, as protein complexes, and most of them had functions essential to cell survival. However, it was not possible to establish a clear relation between them and biofilm formation. Proteins known to be involved in biofilm formation consisted mostly of regulator factors of biofilm formation as well as virulence factors of-mainly-bacterial cell adhesion and host colonization. The prevalence of adhesins and the almost total absence of proteins involved in EPS synthesis pointed to a biofilm matrix where cells are directly or indirectly closely glued together to each other.

Staphylococcus pseudintermedius (S.pseudintermedius) é uma bactéria patogénica oportunista, responsável pela maioria das infeções cutâneas e pós-cirúrgicas em cães. O número de estirpes resistentes a antibióticos β-lactâmicos está a aumentar constituindo actualmente um dos grandes desafios enfrentados pela medicina veterinária. As bactérias mais resistentes ao tratamento são aquelas que produzem biofilme sendo esta capacidade considerada um fator de virulência. Num biofilme, as bactérias estão envoltas numa matriz de substâncias poliméricas extracelulares (SPE), algumas das quais são proteínas. Tendo por objectivo obter mais informação acerca do biofilme, foi caracterizado o proteoma da matriz do biofilme de uma estirpe bastante virulenta de S. pseudintermedius isolada de um cão com piodermite profunda. Para tal cultivaram-se biofilmes da estirpe de S. pseudintermedius 5819/10 em meio apropriado, separou-se a matriz das suas células bacterianas e avaliou-se as proteínas presentes quanto ao seu conteúdo e complexidade. Posteriormente o proteoma foi separado por electroforese 1D, caracterizado por nanoLC-ESI-Q-TOF e analisado usando ferramentas bioinformáticas Constatou-se que o proteoma da matriz do biofilme da estirpe 5819/10 de S. pseudintermedius é muito diverso e que 63% das proteinas podem estar relacionadas com a região extracelular do biofilme ou da membrana plasmática na forma de complexos proteicos. Verificou-se também que a maioria das proteínas identificadas possui funções essenciais para a sobrevivência da bactéria mas não foi possível estabelecer uma relação clara entre elas e a formação de biofilmes. Algumas proteínas que se sabe estarem envolvidas na formação de biofilmes foram identificadas, tratam-se principalmente de factores reguladores da formação de biofilme e outros factores de virulência relacionados com a colonização de um hospedeiro a adesão bacteriana a uma superfície. A prevalência de adesinas e a ausência quase total de proteínas envolvidas na síntese de SPEs, forneceu dados que apoiam a hipótese que a matriz do biofilme do S. pseudintermedius 5819/10 seja constituída por células directamente ou indirectamente unidas entre si.