Identificación de péptidos bloqueantes del sistema de secreción de tipo III y de la adherencia a epitelios de Escherichia coli enterohemorrágico (EHEC) y Escherichia coli enteropatógeno (EPEC)

Escherichia coli Enteropatógeno (EPEC) y Escherichia coli Enterohemorrágico (EHEC) se encuentran asociadas con diarrea en seres humanos. EPEC es una de las principales causas de diarrea infantil en países desarrollados, mientras que EHEC es responsable de enfermedades cuyo espectro clínico incluye diarrea, colitis hemorrágica y síndrome urémico hemolítico (SUH), que es la principal causa de insuficiencia renal aguda de niños menores de 5 años en la Argentina. La expresión de la toxina Shiga (Stx) codificada por bacteriófagos integrados al cromosoma de cepas EHEC, es considerada la responsable de la colitis hemorrágica y el SUH. El principal reservorio de EHEC es ganado bovino sano a pesar de que un número limitado de serotipos se han asociado con diarrea en terneros jóvenes, mientras que el reservorio de EPEC son los niños sintomáticos y asintomáticos. Ambos patotipos de E. coli, al igual que Citrobacter rodentium, poseen un isla de patogenicidad conocida como Locus of enterocyte effacement (LEE). El LEE codifica para el sistema de secreción de tipo III (SSTT), cuya función es traslocar proteínas efectoras a los enterocitos, provocando la subversión celular. Este resulta en la formación de lesiones características de attaching and effacement (A/E) en el epitelio intestinal, que consisten en la destrucción de las microvellosidades y la formación de pedestales de actina polimerizada por debajo del sitio de contacto entre la bacteria y la célula. El SSTT es una estructura compleja con más de 20 proteínas que forman un sistema de 'aguja y jeringa' que permite inyectar proteínas efectoras directamente en la célula hospedadora. El LEE contiene cinco grandes operones que han sido completamente secuenciados: LEE1, LEE2, LEE3, LEE4 y LEE5. EspA, EspB y EspD son algunas de las proteínas codificadas por el LEE4 que componen la parte del traslocon del SSTT. EspA, es la proteína mayoritaria, y sus polímeros forman filamentos huecos (estructura aguja), que están presentes de manera transitoria. EspB y EspD, se asocian al extremo del filamento y están involucrados en la formación de poros en las membranas de las células infectadas. El extremo proximal del filamento de EspA se apoya sobre el cuerpo basal formado por polímeros de la proteína EscF, que también se encuentra codificado en el LEE4. La proteína de membrana externa intimina, se encuentra codificada en el LEE5, y es responsable de la adherencia íntima de la bacteria al enterocito, así como también su propio receptor Tir, que es traslocado a través de la SSTT al citoplasma para luego anclarse en la membrana celular. Con el fin de utilizar a los factores de virulencia responsables de la lesión A/E como blancos de terapias de intervención, se determinó la inmunogenicidad y la antigenicidad de las proteínas del sistema de secreción de tipo III y la adhesina intimina empleando calostro de bovinos naturalmente infectados o colonizados. Los resultados demostraron que el calostro de bovinos no vacunados, proveniente de ganado lechero y cárnico de la región Pampeana de la Argentina, contiene una alta frecuencia de anticuerpos contra las proteínas intimina-γ C280, EspA y EspB. Por otro lado, también se obtuvieron sueros policlonales a partir de conejos inmunizados con proteína EspA, EspB y N-EspD recombinantes, demostrando la capacidad por parte de estas proteínas de inducir elevados títulos de respuesta inmune humoral en anticuerpos IgG. En este trabajo, se observó que tanto el calostro bovino como anticuerpos policlonales específicos contra proteínas del SSTT, inhibieron la acción mediada por SSTT de EPEC 2348/69 sobre los GRs de manera dependiente de la dosis, demostrando que compuestos dirigidos contra el SSTT pueden inhibir su funcionalidad. Estos efectos protectores han sido parcialmente atribuidos a la presencia de anticuerpos contra componentes del SSTT, ya que una reducción significativa en la actividad inhibitoria fue obtenida cuando el calostro o los sueros policlonales fueron depletados de IgG total. La inmunogenicidad, antigenicidad y exposición en superficie de varios de los componentes responsables de la lesión A/E, los convierte en potenciales candidatos para vacunas, y moléculas blanco para péptidos y otros compuestos. Por lo tanto, resulta atractiva la estrategia de utilizar a los factores de virulencia como blanco de terapias de intervención. Con el objetivo de impedir el desencadenamiento de la acción del SSTT por parte de EHEC y EPEC, se utilizó la técnica de phage display para disponer de péptidos de 12 aminoácidos seleccionados específicamente contra proteínas estructurales y efectoras del SSTT, como EspA y EspB, susceptibles de ser bloqueadas. Si bien, los péptidos obtenidos por phage display tuvieron una alta afinidad hacia las proteínas blanco, no consiguieron neutralizar la patogénesis de EPEC in vitro, indicando que no necesariamente la interacción entre péptidos y proteínas blanco afecta la funcionalidad del SSTT. Teniendo en cuenta estos resultados, se trató de reducir el rango de especificidad de péptidos hacia regiones altamente conservadas y funcionalmente importantes de proteínas estructurales del inyectosoma, como son las regiones coiled-coil que consisten en α-hélices hidrofóbicas con repeticiones de siete aminoácidos, que participan de las interacciones proteína-proteína especialmente en la formación de complejos de multímeros. En este estudio, se examinaron los péptidos sintéticos, diseñados para bloquear la formación del SSTT. Los péptidos CoilA y CoilB, representan la región coiled-coil del C-terminal de la proteína traslocadora EspA y el péptido CoilD, correspondiente a la región coiled–coil del extremo N-terminal de la proteína EscF, fueron efectivos en la inhibición de la hemólisis de glóbulos rojos dependiente del SSTT de EPEC E2348/69 y EHEC O157:H7. Los péptidos de CoilA y CoilB también redujeron la formación de pedestales de actina cuando fueron pre-incubados con las bacterias EPEC E2348/69 y afectaron la traslocación por medio del SSTT a las células epiteliales de la proteína efectora Tir. A su vez, CoilA y CoilB fueron capaces de bloquear el ensamble del filamento de EspA, evitando la polimerización in vitro de la proteína EspA recombinante y por microscopía electrónica se observó una reducción en la longitud de los filamentos de EspA. Esto sugiere que los péptidos coiled-coil pueden prevenir el montaje y por lo tanto la funcionalidad del TTSS. A su vez, ensayos de western blot demostraron que los péptidos también inhibieron la correcta secreción de las proteínas EspB y EspD en EPEC E2348/69 y EspD en C. rodentium. Estos resultados motivaron a desarrollar un ensayo de protección contra C. rodentium in vivo, como modelo de infección para bacterias que contienen LEE. El tratamiento vía oral de ratones con una combinación de péptidos CoilA y CoilB, previa y durante la infección con C. rodentium, previno de la lesión A/E colónica. Estos resultados demostraron que el tratamiento preventivo y post inoculación con los péptidos coiled-coil inhibe la formación del SSTT de C. rodentium in vivo, actuando con un efecto protector contra la formación de la lesión A/E en ratones. En conclusión, el diseño de moléculas que perjudiquen la asociación íntima de los patógenos a la mucosa intestinal probablemente tendrán un efecto importante en las estrategias disponibles contra microorganismos patógenos, y existe la posibilidad de que los inhibidores específicos contra un mecanismos de virulencia sean efectivos por un largo tiempo antes que la resistencia se convierte en un problema, ya que habría poca o ninguna presión selectiva al no afectar la viabilidad, reduciéndose así el desarrollo de resistencia a estos agentes antimicrobianos. La investigación orientada a la búsqueda de inhibidores contra distintos mecanismos de virulencia puede tener un alto potencial terapéutico y preventivo como en este caso, a la vez que puede servir como herramienta para dilucidar los sistemas regulatorios intrínsecos que modulan la virulencia EPEC y EHEC o de cualquier otra bacteria que posea un SSTT. Los péptidos coiled-coil son moléculas pequeñas, más fáciles de sintetizar que moléculas orgánicas complejas, y podrían ser parte de formulaciones nutracéuticas contra patógenos diarreagénicos. Por lo tanto, la interferencia en la formación y/o funcionalidad del SSTT podría evitar la manifestación de lesiones A/E, impedir la colonización del epitelio intestinal y en última instancia podrían prevenir la enfermedad. Incluso, reducir la carga bacteriana de animales próximos a ingresar a frigorífico o mantenidos en feed-lot, disminuyendo la posibilidad de contaminación de la carne