Caracterización de los sistemas de captación de hierro y zinc del patógeno animal Pasteurella multocida

Abstract

El hierro y el zinc son micronutrientes esenciales para el crecimiento normal de la gran mayoría de microorganismos, siendo los mecanismos de captación de estos cationes divalentes elementos fundamentales para que las bacterias patógenas sean capaces de promover un proceso infectivo. Además, las proteínas receptoras de hierro se localizan en la membrana externa de las bacterias Gram negativas, lo cual las hace candidatas a ser empleadas para el diseño de vacunas.<br/>En este marco, el objetivo de la presente tesis doctoral ha sido profundizar en el estudio de los mecanismos de captación de cationes divalentes de Pasteurella multocida, una bacteria patógena que afecta a una gran variedad de animales originando importantes pérdidas económicas en el sector ganadero.<br/>En este estudio se ha identificado un receptor de hierro de 60 kDa, al que se ha denominado HbpA, que presenta un mecanismo de regulación distinto al utilizado comúnmente por las bacterias, ya que es independiente del sistema Fur, determinándose que su regulación depende de Fe2+, Mn2+ y hemina. Se ha demostrado que el gen que codifica esta proteína presenta un corrimiento programado de lectura que da lugar a un derivado truncado de 40 kDa. Se ha caracterizado así mismo la función de esta proteína, determinándose que une tanto hemina como hemoglobina, y que la capacidad de unión a ambas se mantiene en el derivado truncado de la proteína. Además, se ha estudiado la antigenicidad de la proteína HbpA, así como su efecto inmunogénico, demostrándose que la proteína HbpA y su derivada truncada son antigénicas, pero no se obtiene protección cuando se administra dicha proteína entera en experimentos de enfrentamiento utilizándose un modelo experimental animal de ratón.<br/>Por lo que se refiere a los mecanismos de incorporación de zinc de P. multocida, desconocidos hasta el presente, se han caracterizado los genes de captación de zinc de alta afinidad (znuABC), determinándose que existe una separación de 820 kb entre los genes znuA y znuCB y que los genes znuC y znuB forman parte de una misma unidad transcripcional. A diferencia de lo que ocurre en Escherichia coli y en otras bacterias, en las cuales la proteína Zur regula la expresión de este sistema de captación de zinc, en P. multocida no se ha encontrado una proteína homóloga a dicha proteína Zur. No obstante, se ha podido establecer que en este patógeno es la proteína Fur la responsable de la regulación de las unidades transcripcionales znuA y znuCB, juntamente con los iones Zn2+ y Fe2+. Finalmente, mediante la construcción de mutantes znuA y znuC, también se ha demostrado que estos genes son imprescindibles para la virulencia de P. multocida.

Iron and zinc are essential for the normal growth of almost all the microorganisms, being the uptake mechanisms of these cations elemental for the infective process of pathogenic bacterial. Moreover, in Gram negative bacterial, the iron receptor proteins are located in the outer membrane, making them good candidates in the vaccine design.<br/>In this framework, the doctoral thesis aim have been to go deeply into the study of divalent cations uptake mechanisms in Pasteurella multocida, a pathogenic bacterial that has an effect on a wide variety of animals, originating important economic losses in the stock sector.<br/>In this study it has been identified a 60-kDa iron receptor, named HbpA, which regulation mechanism is different to that used commonly by the bacterial, because it is Fur pathway independent, being its regulation Fe2+, Mn2+ and haemin dependent. It has being demonstrated that the codifying gene of this protein has a programmed translational frameshift giving rise to a 40 kDa protein. The function of this protein has been characterized as well, demonstrating that it binds both haemin and haemoglobin and this union capacity is maintained in the truncated derivate protein. Furthermore, the antigenicity and its potential protective ability have been studied, showing that HbpA and its truncated derivate are antigenic, but there is non-protective effect when this protein is given in challenge experiments using a mouse animal model. <br/>In reference to the zinc uptake pathways in P. multocida, unknown until the present, it has been characterized the high affinity uptake system (znuABC) genes, showing that there is a distance of 820 kb between znuA and znuCB genes, and znuC and znuB are part of the same transcriptional unit. Contrary to what happens in Escherichia coli and other bacterial, in which the Zur protein controls the expression of this high affinity uptake system; in P. multocida has not been found a homolog to this Zur protein. Nevertheless, it could be established that, in this pathogen, the responsible protein of the znuA and znuCB control is the Fur protein, joined with the Zn2+ and Fe2+ ions. <br/>Finally, using znuA and znuC mutants, it has also been demonstrated that these genes are essential for the virulence in P. multocida.