Impacte dels sistemes de reparació de lesions produïdes per agents alquilants en la virulència de Salmonella enterica ser. Typhimurium

Abstract

Salmonella enterica ser. Typhimurium (S. Typhimurium) és un enterobacteri patogen que afecta a diverses espècies de mamífers i que generalment causa infeccions lleus, com gastroenteritis, si bé pot arribar a generar malalties sistèmiques, produint septicèmia i, fins i tot, la mort de l'hoste infectat.<br/>Com molts altres enterobacteris, el seu genoma codifica per proteïnes que permeten reparar les lesions alquilants en el DNA, les quals són causades quan agents alquilants, siguin procedents de l'ambient extern o bé originats pel propi metabolisme cel·lular, introdueixen grups alquil a les bases nitrogenades. Entre els gens que les codifiquen cal destacar ada, alkA, alkB i aidB, que componen l'anomenada resposta adaptativa a agents alquilants (resposta Ada); i ogt i tag, que desenvolupen funcions similars als anteriors però que no formen part de la resposta Ada. Altres sistemes de reparació més genèrics també intervenen en l'eliminació de lesions alquilants, essent particularment rellevants els gens que constitueixen les vies GGR (realitzada pel complex enzimàtic) i TCR (dirigida a les zones transcripcionalment actives i portada a terme per la proteïna Mfd en conjunció amb el complex UvrABC o amb MutSL) de la reparació per escissió de nucleòtids (NER). Entre tots ells formen un grup molt ampli d'activitats de reparació que permeten reconèixer la gran varietat de dianes que poden ser generades per agents alquilants.<br/>Per comprendre el paper de cada un d'aquests gens durant el transcurs del procés infectiu es van construir soques defectives en un o en varis d'aquests gens. Seguidament es va analitzar la capacitat de supervivència de cadascuna d'elles al ser exposades a diferents agents alquilants. Malgrat de disposar de tantes proteïnes de reparació d'alquilacions, en la majoria de casos la manca d'una o vàries d'elles va suposar una disminució de la viabilitat cel·lular quan aquestes soques creixien en presència d'agents alquilants. A continuació es van realitzar assajos de competitivitat en ratolins BALB/c per a determinar la capacitat infectiva de cada un dels mutants construïts. Els resultats experimentals obtinguts demostren que, fins i tot en les soques defectives en múltiples gens, la manca de la majoria d'aquestes proteïnes no suposa una disminució de la capacitat infectiva de S. Typhimurium ja que, malgrat les dades recollides prèviament a partir dels assajos in vitro, tan sols el mutant UA1869, deficient en els gens ada, ogt, tag, uvrA i mfd, va presentar una reducció de la competitivitat en relació a la soca salvatge. Per consegüent, la concentració d'agents alquilants generats a l'organisme deu ser menor a la utilitzada durant els assajos in vitro, de manera que la conservació dels gens de reparació d'alquilacions a S. Typhimurium podria ser deguda a la supervivència fora de l'hoste.<br/>El fet que la disminució de la competitivitat s'hagi donat en la soca UA1869 i no en altres mutants, alguns amb un nombre major de mutacions, però on les funcions absents no eren tan diverses, fa pensar en l'existència d'activitats redundants entre diferents sistemes de reparació, de manera que la manca de proteïnes de reparació d'un mecanisme podria ser compensada per altres pertanyents a sistemes amb una activitat aparentment diferent.

Salmonella enterica ser. Typhimurium (S. Typhimurium) is an enteropathogen able to infect several mammalian species, generally causing mild diseases, such as gastroenteritis, although it can also become a systemic infection, producing septicaemia and even the death of the infected host.<br/>Like other enterobacteria, the genome of S. Typhimurium codes for alkylation damage repair proteins. This kind of damage appears when alkylating agents, which are present in the environment or are produced endogenously as byproducts of normal metabolism, introduce alkyl groups in the DNA bases. Some of the most important genes coding for these proteins are ada, alkA, alkB and aidB, which generate the adaptive response to alkylation damage (known as the Ada response); and ogt and tag, which are not included in this response but possess similar functions. Other repair systems with a wider range of activities can also repair alkylation damage, being especially important the genes belonging to the global genome repair (GGR, which is carried out by the UvrABC enzymatic complex) and the transcription-coupled DNA repair (TCR, focused on the transcriptionally active genes and directed by the Mfd protein, which recruits the UvrABC or the MutSL complexes) pathways of the nucleotide excision repair system (NER). Altogether compound a large variety of repair activities which allow the recognition of a broad diversity of targets generated by alkylating agents.<br/>In order to establish the role of each of these genes and the consequences of their lack during the infection process, strains defective in one or several of them were constructed. Afterwards, each strain was treated with alkylating agents to analyze its survival. Although S. Typhimurium possesses so many alkylation damage repair proteins, in most strains the survival decreased due to the absence of just one or some of those proteins. Moreover, competitive assays using BALB/c mice were performed to determine the fitness of each strain. The results show that, even in those strains defective in several genes, the in vivo fitness of S. Typhimurium is not affected by the lack of most of the alkylation damage repair proteins studied, since only the strain UA1869 defective in the ada, ogt, tag, uvrA, and mfd genes presented a reduction of its virulence when it was orally inoculated. Therefore, the amount of alkylating agents generated in the organism might be lower than that used in the in vitro assays. Thus, the evolutionary conservation of the alkylation damage repair genes in S. Typhimurium may be due to survival outside the host.<br/>The fact that the fitness decreased in the UA1869 strain and not in other mutants, some of them defective in a larger number of genes, suggests the existence of certain overlap between different repair systems. Thus, the absence of some repair proteins might be compensated by other belonging to other systems apparently different.