Purificação e caracterização da urease recombinante de Proteus mirabilis

Ureases são metaloenzimas dependentes de níquel, amplamente distribuída em bactérias, fungos e plantas. Estas enzimas atuam na catálise da hidrólise da ureia a amônia e dióxido de carbono. Proteus mirabilis é uma bactéria patogênica, produtora de urease, um de seus mais importantes fatores de virulência. Esta bactéria Gram-negativa se comporta como um uropatógeno oportunista responsável por severas infecções em pacientes hospitalizados. A amônia liberada pela hidrólise da ureia catalisada pela urease de Proteus mirabilis (PMU) causa um aumento no pH levando à formação de microclima, possibilitando a colonização do patógeno no trato urinário do hospedeiro. A PMU apresenta alta similaridade com outras ureases, como a urease de sementes de “Jack bean” (JBU) e a urease de Helicobacter pylori (HPU), para as quais nosso grupo descreveu diversas atividades biológicas que são independentes da hidrólise de ureia. Neste trabalho, nós produzimos PMU, e logo depois investigamos se esta, assim como a JBU e a HPU, apresenta atividades não relacionadas à atividade enzimática. As condições de cultivo para expressão da PMU expressa em Escherichia coli HB101 foram otimizadas pela metodologia de superfície de resposta. Concentrações de níquel, ureia e tempos de indução foram testados. A purificação da enzima recombinante foi obtida em 3 etapas cromatográficas. A primeira, uma HiTrapQTM HP (pH 7,5) onde a urease foi eluida com 400 mMol.L-1 de KCl. O pico das frações eluídas foram reunidas, dialisadas e aplicadas na coluna HiLoad 26/10 Q-SepharoseTM HP, usando o mesmo tampão e sal para eluição. As frações ativas foram novamente reunidas e a PMU foi submetida a cromatografia de gel filtração (Superdex 200TM 26/60-pg). A PMU apresenta estabilidade na faixa de pH 7,0 a 8,5, com seu pH ótimo estimado em 8,0. Alta atividade ureolítica pode ser detectada de 37 oC a 48 oC. Diferentes soluções salinas induzem o aumento na atividade enzimática desta urease, e quanto maior o tempo de exposição, maior a tendência a este aumento. Assim como a JBU, esta urease é capaz de inibir o crescimento de leveduras, mas diferentemente desta e da HPU, a PMU não apresenta atividade inibitória sobre a germinação de esporos e o crescimento de fungos filamentosos. As ureases de P. mirabilis e de H. pylori apresentam regiões de semelhança com o peptídeo proveniente do colágeno, e de acordo com testes de modelagem, esta região estaria exposta para interação com receptores localizados nas membranas de plaquetas, visto que ambas ativam plaquetas resultando na formação de agregados.Ureases are Ni-dependent metalloenzymes, widespread in bacteria, fungi and plants, that catalyze the hydrolysis of urea into ammonium and carbon dioxide. The pathogenic bacteria Proteus mirabilis produces urease as virulence factor. Proteus mirabilis is a Gram negative opportunistic uropathogen, which causes severe infections in hospitalized patients. Ammonia released from urea hydrolysis by Proteus mirabilis urease (PMU) increases the local pH and forms a microclimate which allows the colonization of the host urinary tract. PMU presents high similarity to other ureases, such as that from Jack bean seeds (JBU) or from Helicobacter pylori (HPU), for which our group has described biological activities unrelated to urea hydrolysis. Here we aimed to investigate whether PMU shares with JBU and HPU other properties unrelated to enzyme activity. Growth conditions of PMU-expressing Escherichia coli HB101 were optimized by response surface methodology prior to purification. Concentrations of nickel, urea, and induction time were tested. A partially purified recombinant enzyme was obtained after 3 chromatographic steps. In the first, a HiTrapQTM HP (pH 7.5), urease eluted with 400 mMol.L-1 KCl. Peak fractions were pooled, dialyzed and loaded in a HiLoad 26/10 Q-SepharoseTM HP column using same buffer and eluting salt. The active fractions were pooled and PMU was submitted to gel filtration (Superdex 200TM26/60-pg). The enzyme was stable in the range of pH 7.0 up to 8.5, with optimum pH at 8.0. The ureolitic activity is high from 37 oC up to 48 oC. Different salts increased the ureolytic activity of PMU, the longer the exposition, the higher was the increase in activity. PMU inhibited yeast growth, similarly to the effect induced by JBU. Differently from JBU and HPU, this urease did not inhibit spore germination and growth of different filamentous fungi. Ureases from P. mirabilis and H. pylori presented regions of homology with collagen, and according to modeling tests, these region are exposed to receptor recognition localized in platelets membrane, which might explain their platelet aggregating effect