Indução do mecanismo de quorum sensing por autoindutor-1 em Salmonella enterica e prospecção de inibidores

Abstract

O mecanismo de quorum sensing em Salmonella pode ser mediado por três tipos de autoindutores (AI), denominados AI-1, AI-2 e AI-3. Contudo, o mecanismo por AI-1 neste patógeno é incompleto, pois não há síntese do AI-1, denominado acil homoserina lactona (AHL). Porém, Salmonella possui a proteína SdiA, homóloga a proteína LuxR, que permite detectar as AHLs produzidas por outras bactérias. A influência da AHL sobre a expressão de genes específicos de Salmonella, como os genes do operon rck e outros genes de virulência é reconhecida. Entretanto, poucos são os estudos que avaliaram a resposta global de Salmonella na presença de AHLs exógenas. Assim, os objetivos do presente estudo foram avaliar a influência da AHL sobre a resposta global de Salmonella, bem como avaliar a ligação destes AIs-1 à proteína SdiA e realizar a prospecção, in silico, de inibidores do mecanismo de quorum sensing por AI-1 em Salmonella. As análises globais dos perfis de proteínas, ácidos graxos e ácidos orgânicos extracelulares ao longo do tempo de cultivo de Salmonella enterica sorovar Enteritidis PT4 em anaerobiose na presença e ausência de N-dodecanoil homoserina lactona (C12-HSL), mostraram que estes perfis foram alterados na presença do AI. Além disso, os perfis de proteínas e ácidos graxos variaram menos ao longo do tempo de cultivo na presença de C12-HSL, ou seja, células cultivadas por 4 h (fase logarítmica) e por 36 h (fase estacionária) na presença do AI-1 apresentaram perfis de ácidos graxos e proteínas menos dispersos em comparação ao controle sem AHL, onde foi detectada grande variação destes perfis. Estes resultados indicam que as células na presença de C12-HSL estão mais preparadas para os estresses de fase estacionária, por haver a antecipação das alterações celulares que ocorrem nesta fase. Outro fato constatado é que as proteínas relacionadas ao processo de oxirredução, principalmente proteínas tiol, e a quantidade de tiol celular livre foram maiores em células cultivadas na presença de C12-HSL, indicando que este patógeno está mais preparado para uma possível condição de estresse oxidativo. A proteína SdiA de Salmonella Enteritidis foi modelada e verificou-se que as AHLs com cadeia acila mais longas têm mais afinidade a esta proteína, principalmente as AHLs com 12 carbonos. Além disso, as furanonas que são conhecidos inibidores do mecanismo de quorum sensing, também foram capazes de ligar a SdiA de Salmonella com alta afinidade nas análises in silico. A prospecção de inibidores entre compostos de planta e anti-inflamatórios não esteroides (AINEs) por docking molecular também mostrou que a maioria dos compostos analisados foi capaz de ligar a proteína SdiA de Salmonella, com destaque para o Z-fitol e o lonazolaco. Os resultados do presente trabalho indicam caminhos para determinar as vias e, ou macromoléculas chaves do metabolismo influenciadas pelo mecanismo de quorum sensing por AI-1 em Salmonella. Além disso, os resultados obtidos in silico indicam potenciais compostos inibidores do quorum sensing para serem avaliados in vitro.

The mechanism of quorum sensing in Salmonella can be mediated by three types of autoinducers (AI), denominated AI-1, AI-2 and AI-3. However, the mechanism by AI-1 in this pathogen is incomplete, since it does not synthesize AI-1, called acyl homoserine lactone (AHL). On the other hand, Salmonella codes for the SdiA protein, a homologue of LuxR, which allows the detection of AHLs produced by other species of bacteria. The influence of AHL on the expression of Salmonella-specific genes such genes of the rck operon and other virulence genes is recognized. However, few studies have evaluated a global response of Salmonella in the presence of exogenous AHLs. Thus, the objectives of this study were to evaluate the influence of AHL on a global response of Salmonella, as well as to understand how these AI-1 bind to the SdiA protein and to carry out the prospection of inhibitors of the mechanism of quorum sensing by AI-1 in Salmonella. The global analyses of the protein, fatty acid and extracellular organic acid profiles throughout the cultivation time of Salmonella enterica serovar Enteritidis PT4 in anaerobic conditions in the presence and absence of N-dodecanoyl homoserine lactone (C12-HSL) showed that these profiles were changed in the presence of the AI. In addition, the protein and fatty acid profiles vary less throughout the cultivation time in the presence of C12-HSL, that is, the fatty acid and protein profiles of cells cultivated for 4 h (logarithmic phase) and for 36 h (stationary phase) in the presence of AI-1 were less dispersed in comparison to the control without AHL, which had great variation of these profiles. These results indicate that cells in the presence of C12-HSL are better suited for the stresses of the stationary phase, because there is the anticipation of cellular changes occurring at this stage. Another interesting fact is that proteins related to the oxidation-reduction process, especially thiol proteins and the levels of thiol were higher in cells cultivated in the presence of C12-HSL, indicating that this pathogen is more prepared for a possible condition of oxidative stress. The SdiA protein of Salmonella Enteritidis was modeled and it was found that AHLs with more carbons have more affinity to this protein, especially the AHLs with 12 carbons. In addition, the furanones that are known inhibitors of quorum sensing also have been able to bind to SdiA protein of Salmonella with high affinity. The prospection of inhibitors among plant compounds and non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) by molecular docking also showed that most of the compounds analyzed were able to bind to SdiA protein of Salmonella, especially Z-phytol and lonazolac. The results of this work indicate ways to determine the key pathways and, or macromolecules of metabolism influenced by the mechanism of quorum sensing by AI-1 in Salmonella. These results obtained in silico indicate potential inhibitor compounds of the quorum sensing to be evaluated in vitro.