Transference of genes in Lactobacillus: Is there a risk of horizontal transfer from microbiota to probiotic strains and viceversa?

Con el objetivo de estudiar si la cepa probiótica Lactobacillus casei BL23 puede ser receptora de genes ya sea de virulencia o de resistencias a antibióticos de otras especies de su entorno, lo que pondría en alerta sus propiedades benéficas, se evaluó la expresión del gen comX anotado como factor sigma alternativo de la RNA polimerasa, P_001986877.1, Gene ID: 6404650, presente en esta cepa. Esta función, como en otras bacterias lácticas, podría cumplir un rol como elemento regulador de la cascada de competencia que permite la adquisiciónde DNA exógeno. Para ello se analizaron si en las condiciones del ambiente intestinal esta cepa es capaz de modificar la expresión génica del gen comX, Se testearon condiciones que emulan el tracto gastrointestinal, como estrés salino o pH ácido con sales biliares, y se las comparó con aquellas condiciones que promueven la expresión de los genes de competencia, como el hambreado, la irradiación con luz UV y la exposición al calor. Se analizó por Dot Blot y qPCR el RNA mensajero del gen comX, evaluándose los niveles de expresión en fases de crecimiento exponencial y estacionaria del gen de interés y del gen constitutivo 16S rRNA. También se analizó la transferencia de un marcador de resistencia a antibiótico (CmR) evaluando así la transformación natural en cada uno de las condiciones anteriores por medio de la técnica de número más probable (NMP). Los resultados mostraron un aumento en la expresión del gen comX en condición de irradiación con luz UV o pH ácido con sales biliares. Sin embargo, el número de transformantes obtenidos mediante NMP no es significativamente diferente respecto de las condiciones no-inducidas. Estos resultados apoyarían la hipótesis que los Lactobacilos utilizados como probióticos no son naturalmente transformables y se discuten diferentes hipótesis en cuanto a la presencia de funciones CRISP-cas, la respuesta SOS y la capacidad recombinogénica de esta cepa.In order to determine the capacity of the probiotic strain Lactobacillus casei BL23 to acquire virulence or antibiotic resistance genes from its environment, the comX gene present in this strain (alternative sigma factor of the RNA polymerase P_001986877.1, Gene ID: 6404650), was examined in competence and transformation experiments. In a first approach the presence and transcription activity was determined in conditions known to induce competence in other bacteria (heat, UV irradiation or starvation) and in those present in the intestinal tract (saline stress, acidic pH, presence of bile salts). Messenger RNA of comX gene, was analyzed by Dot Blot and qPCR and related to their expression in early stationary phase growth condition and to the housekeeping gene 16S rRNA. The results showed an increase in the expression of comX in the condition of UV and acid pH with bile salts. The transfer of an antibiotic resistance marker (CmR), present in a replicative plasmid, was determined in all these conditions by evaluating the most probable number (MPN). In all the conditions assayed, the number of transformants was not significantly different from control in non-induced condition and from the mutation frequency. Although an induction of expression of comX was observed it was not enough to supply competence for plasmid or chromosomal transformation. These results argue in favor of the absence of transformability of Lactobacilli although it is not sufficient to ensure the total absence of transfer mechanisms in these bacteria. Discussion is focused on the recombining capacity of this strain, the presence prophages, and the role of SOS and CRISPR-cas functions.Fil: Fina Martin, Joaquina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Palomino, Maria Mercedes. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Sanchez Rivas, Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Ruzal, Sandra Mónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Allievi, Mariana Claudia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin