Aeromonas proteome in response to stress

Abstract

O género Aeromonas é frequentemente associado a uma distribuição ampla no meio ambiente, emergindo como importantes patogénicos de seres humanos. No entanto, a complexidade dos mecanismos de patogenicidade permanece desconhecida e nenhum factor de virulência foi até hoje identificado individualmente como responsável pela patogenicidade. Vários factores de virulência bacteriana podem sofrer uma regulação ambiental por meio de diversos factores abióticos, permitindo a bactérias patogénicas coordenarem a expressão de factores de virulência com a existência de condições favoráveis. Análise de respostas ao stress é fundamental, especialmente no contexto de bactérias patogénicas. No entanto, investigações sobre proteínas e mecanismos associados à resistência ao stress são escassos ou inexistentes para diversas bactérias, principalmente patogénicos incomuns ou oportunistas, como as Aeromonas. Os objectivos deste estudo são a avaliação do proteoma da bactéria, Aeromonas piscicola, em resposta ao stress e desvendar proteínas com variação na expressõa, envolvidas na resposta ao stress. Para atingir estes objectivos procedeu-se à avaliação do proteoma diferencial sob stress causado independentemente por temperatura, pH e salinidade. Através da avaliação do proteoma extracelular foi possível a detecção da presença de 19 proteases nas diferentes condições abióticas e verificar que, 3,5% NaCl e 40 ºC induzem uma evidente redução na expressão de proteases extracelulares. Análise das proteínas secretadas revelou que: a temperatura induz um aumento na expressão de 23 proteínas (4 a 25 ºC, 9 a 37º C e 10 a 40 ºC) para o pH, 8 proteínas (2 a pH 5.0 e 6 a pH 9.0) apresentam um aumento de expressão e para a salinidade, 16 proteínas (7 a 0% e 9 a 3.5% NaCl). Análise das proteínas intracelulares revelou que: a temperatura induz um aumento na expressão de 22 proteínas (5 a 25 ºC, 9 a 37º C e 10 a 40 ºC) para o pH, 8 proteínas (3 a pH 5.0 e 5 a pH 9.0) apresentam um aumento de expressão e para a salinidade, 11 proteínas (4 a 0% NaCl e 7 a 3.5% NaCl). Adicionalmente, verificou-se a expressão de 3 novas proteínas, uma a temperaturas elevadas, outra quando na presença de temperaturas de stress e outra quando exposta ao stress de pH alcalino. Aeromonas piscicola AH-3 revelou a existência de um sistema de proteção geral pré-existente aquando na presença de condições de stress. Uma conjunto de marcadores de stress para cada condição abiótica e marcadores de stress específicos para a modulação de factores abióticos foram detectados. Foi possível concluir que aquando exposta a condições de stress, causadas quer por alterações climáticas ou quando a invasão de um hospedeiro, Aeromonas piscicola AH-3 é capaz de expressar os mecanismos necessários para a sobrevivência e crescimento nas condições abióticas testadas.

Aeromonas are commonly associated with a widely distribution in the environment and as important emerging pathogens for humans. However the complex pathogenesis mechanisms remain poorly understood, and no individual virulence factor has been identified as responsible for the pathogenesis. Several bacterial virulence factors experience an environmental regulation by many abiotic conditions, enabling pathogens to coordinate expression of virulence factors with the existence of favorable conditions. Analysis of stress responses is of fundamental importance, especially in the context of pathogenic bacteria. However, research for proteins and pathways associated with stress tolerance is still lacking for many bacteria and principally for uncommon or opportunistic pathogens, like Aeromonas. The objectives of this study are the evaluation of the proteome response to stress of Aeromonas piscicola, and unravel proteins involved in stress response by the evaluation of differential proteome under temperature, pH and salinity stress. Through the evaluation of the extracellular proteome it was possible to detect the presence of 19 proteases in the different abiotic conditions and verified that, 3.5% NaCl and 40 ºC induces an evident reduction of the expression of extracellular proteases. Analysis of the secreted proteins revealed that: temperature induced the up-regulation of 23 proteins (4 at 25 ºC, 9 at 37º C and 10 at 40 ºC), as for the pH, 8 proteins (2 at pH 5.0 and 6 at pH 9.0) were upregulated and for salinity 16 proteins (7 at 0% and 9 at 3.5% NaCl) were upregulated. Analysis of the intracellular proteome revealed that: temperature induced the up-regulation of 22 proteins (5 at 25 ºC, 9 at 37º C and 10 at 40 ºC), as for the pH, 8 proteins (3 at pH 5.0 and 5 at pH 9.0) were up-regulated, and for salinity 11 proteins (4 at 0% and 7 at 3.5% NaCl) were up-regulated. Additionally, 3 newly expressed proteins were observed, one under high temperatures, another when exposed to global temperature stress and one when exposed to alkaline pH stress. Aeromonas piscicola AH-3 revealed a global pre-existing system of protection, since when in stress conditions, differential expression of proteins occurs in general with the up-regulation of certain proteins. A series of stress markers for each abiotic condition and furthermore some stress markers for specific modulation of abiotic factors were detected. It was possible to conclude that when exposed to stressful conditions, either caused by climate changes or when invading a host, Aeromonas piscicola AH-3 is capable of express the necessary mechanisms for survival and growth in the abiotic conditions tested.