Iron and virulence in the zoonotic pathogen Vibrio vulnificus

Résumé

Vibrio vulnificus es un patógeno humano emergente que es autóctono de ecosistemas acuáticos salobres de climas templados, tropicales y subtropicales. La especie se subdivide en 3 biotipos (Bt), de los cuales el Bt2 contiene un grupo de cepas que, además de poder infectar al hombre, pueden causar infecciones en peces. Este grupo es un complejo clonal serológicamente homogéneo que denominamos serovar E o serovar zoonótica (VvBt2SerE). Como patógeno humano, VvBt2SerE causa casos esporádicos de infecciones graves en heridas que pueden derivar en septicemia secundaria en pacientes inmunocomprometidos y como patógeno de peces, brotes o epizootias de una septicemia hemorrágica conocida como vibriosis de aguas cálidas. La presente Tesis se centra en averiguar el papel en la virulencia de VvB2SerE de genes seleccionados en base al conocimiento que existe sobre los otros biotipos de la especie, en especial el Bt1, y su patogenicidad para humanos. En concreto, se han seleccionado los genes rtxA13, hupA, hutR, vuuA, vep20 y fur. Los resultados más relevantes que se han encontrado, se discuten a continuación. rtxA13 codifica una toxina de la familia MARTX (Multifunctional Autoprocessatve Repeat in Toxin) única en la especie (tipo III) que en el Bt1 (tipo I) está relacionada con invasión y resistencia a la fagocitosis. Nuestro trabajo demuestra que la toxina tipo III ejerce la misma función que la tipo I en mamíferos y una función diferente en peces. Encontramos que la mutación del gen no produce efectos en la capacidad de colonización e invasión de VvBt2SerE pero anula su virulencia para anguila, lo que unido a que el patógeno causa la muerte sin alcanzar los tamaños poblacionales en órgano interno propios de otros vibrios, sugiere que la toxina produce la muerte de los animales por choque tóxico. Demostramos que el gen rtxA13 se expresa in vivo y que se activa sólo tras el contacto directo de la bacteria con células eucarióticas y lo relacionamos con citotoxicidad para distintos tipos celulares, incluyendo células de defensa (eritrocitos y neutrófilos) por lo que hipotetizamos que el choque tóxico se produce porque la toxina desencadena una tormenta de citoquinas como consecuencia de la interacción de la bacteria con las células de defensa. Asimismo, pudimos relacionar la toxina con resistencia a predación por amebas y ampliar su papel de factor de virulencia a factor de supervivencia fuera del hospedador, lo que explicaría por qué el gen rtxA13 está presente en todos los clones y complejos clonales del Bt2 y por duplicado, en plásmido y cromosoma. hupA, hutR y vuuA son tres genes cromosómicos que en el Bt1 codifican para tres receptores relacionados con crecimiento en condiciones restrictivas en hierro. vep20 es un gen plasmídico, no estudiado, que presenta homología con receptores para hemina/hemoglobina y transferrina. Este trabajo relaciona hupA con captación de hemina (hutR es un gen secundario) y vuuA con captación de vulnibactina por VvBt2SerE y demuestra que la anulación del sistema de captación de hemina dependiente de HupA o del sistema de captación de vulnibactina por mutación de los receptores reduce la virulencia para peces y mamíferos mientras que la anulación de ambos sistemas atenúa aún más la virulencia para peces y elimina completamente la virulencia de la bacteria para mamíferos. Además, los resultados obtenidos con el mutante en vep20 sugieren que hay un tercer sistema de captación de hierro en la serovariedad zoonótica, esta vez plasmídico, que probablemente depende del reconocimiento de una proteína almacenadora de hierro o, lo más probable, del quelante transferrina, específicamente para peces. La secuenciación de los tres genes en una amplia colección de cepas de la especie y su posterior análisis filogenético demuestra que hupA y vuuA son genes antiguos que pertenecen al core de la especie y que presentan un grado de variación indicativo de presión de selección relacionada con procedencia del aislado (competencia por sideróforos, adaptación a hemoglobina de los peces…) mientras que vep20 es un gen de adquisición reciente y no presenta variación. Finalmente, dada la importancia que el hierro tiene en la virulencia de esta especie para peces y mamíferos, hemos obtenido un mutante en el gen regulador fur, que hemos caracterizado fenotípicamente y valorado usando un microarray diseñado específicamente para VvBt2SerE. Los resultados preliminares confirman que hay cientos de genes regulados por Fur, de forma dependiente o no de hierro, y regulados por hierro, y que Fur, además de un represor, puede actuar como activador y que, en conjunto, controlan funciones tan dispares como: movilidad, quimiotaxis, producción de cápsula y lípido A, resistencia a péptidos microcidas y a formas reactivas del oxígeno, resistencia al suero, al choque térmico, etc. Parte de estas funciones han sido confirmadas diseñando experimentos y comparando las diferencias entre cepa parental y mutante o entre condiciones de crecimiento, con y sin hierro. En conclusión, VvBt2SerE posee un set de genes que le capacita tanto para sobrevivir en el medio ambiente como para infectar hospedadores tan distintos como peces y mamíferos, que contribuyen directamente a la colonización, invasión y destrucción de los tejidos/órganos del hospedador, siendo este proceso y otros tantos regulados por la concentración de hierro y el regulador global Fur.