La recherche de nouvelles molécules pour combattre Pseudomonas.aeruginosa est d'une grande importance. L'utilisation des antibiotiques a spectre large a grandement accru la résistance de P.aeruginosa aux antibiotiques. Malgré cette situation, aucune nouvelle drogue active sur P.aeruginosa n'a été introduite en pratique clinique durant les 2 dernières décennies. Le monoxyde de carbone (CO) pourrait agir comme un inhibiteur efficace de la chaîne respiratoire de P.aeruginosa mais l'utilisation pratique de ce gaz comme molécule antibactérienne est gênée par sa toxicité et les difficultés de manipulation. Une avancée fondamentale récente dans le domaine de la recherche sur le CO a été la découverte des « carbon monoxide releasing molecules » (CO-RMs), qui servent de transporteur et délivre des quantités contrôlées de CO aux systèmes biologiques.Nous montrons ici que les CO-RMs possèdent des propriétés antibactériennes contre P.aeruginosa. Cet effet antibactérien des CO-RMs à lieu à des concentrations non toxiques pour les cellules eucaryotes et passe par une interaction du CO libérer par le transporteur avec la chaîne respiratoire bactérienne. Nous présentons des résultats in vivo montrant que les CO-RMs diminuent l'inoculum bactérien et augmentent la survie des souris après une bactériémie à P.aeruginosa. La comparaison de 4 CO-RMs ayant différente structures chimiques suggère que la précence d'un métal de transition joue un rôle important dans l'activité antibactérienne des CO-RMs. Une autre découverte importante présentée dans ce travail est l'inhibition de l'activité antibactérienne de certain CO-RMs par les molécules contenant des résidus thiols. Cette découverte limite la possibilité d'utiliser les CO-RMs concernés comme des agents anti-infectieux.En considérant les résultats présentés dans ce travail, l'inhibition de la chaîne respiratoire pourrait être considérée comme un nouveau mécanisme prometteur pour la recherche de nouveaux agents pharmaceutique pour combattre les infections à P.aeruginosa. / The search of new molecules to fight Pseudomonas.aeruginosa is of paramount importance. The use of broad spectrum antibiotics has greatly increased the antibiotic resistance of P.aeruginosa. In spite of this situation, no new drug against P.aeruginosa has been successfully introduced into the clinic in the past 2 decades. Carbon monoxide (CO) could act as an effective inhibitor of the respiratory chain in P. aeruginosa but the practical use of this gas as an antibacterial molecule is hampered by its toxicity and difficulty to manipulate. A recent fundamental development in the field of CO research has been the discovery of carbon monoxide-releasing molecules (CO-RMs), which serve as carriers for the delivery of controlled amounts of CO in biological systems.Here, we show that CO-RMs possesse bactericidal properties against P.aeruginosa. This antimicrobial effect of CO-RMs occurs at non toxic concentrations for eukaryotic cells and is mediated by an interaction of CO liberated by the carrier with bacterial respiratory chain. We present in vivo results showing that CO-RMs decrease bacterial inoculum and increase survival in mice following P.aeruginosa bacteraemia. A comparison of 4 CO-RMs with different chemical structures suggests that the presence of a transition metal center plays an important role in the antibacterial activity of CO-RMs. Another important finding presented in this work is the inhibition of the antibacterial activity of some CO-RMs by thiol containing molecules. This finding could deserve the possibility to use concerning CO-RMs as anti-infective agent.Considering results presented in this work, inhibition of respiratory chain could be considered as a promising new mechanism for the research in new pharmaceutical agent to fight P.aeruginosa infections.

Les composés polyaromatiques polysoufrés représentent une classe de molécules peu étudiées, malgré leurs propriétés intéressantes. La présence du soufre influence les propriétés redox, photophysiques et de complexation. Nous avons préparé une série de ces composés par des réactions de substitution nucléophile aromatique. Ceux-ci peuvent être fonctionnalisés par des unités polyaromatiques, tels que l’anthracène ou le pyrène, ou par des glycosides. Leurs propriétés de luminescence ont été étudiées en particulier sous l’angle de l’émission induite par l’agrégation, où les composés deviennent émissifs lorsqu’ils sont immobilisés en phase solide ou fortement refroidis. Ils permettent également de stabiliser des nanoparticules de fer/platine, où une forte densité d’atomes de soufre divalent joue un rôle important en nanosciences. Les dérivés glycosylés ont été testés chez différentes lectines comme ConA, PAIL, PAIIL et Bc2lA, les trois dernières étant impliquées dans les infections bactériennes chez les patients atteints de mucoviscidose. Les études comprennent les propriétés photophysiques, de réticulation et des mesures d’affinité par des méthodes biophysiques (SPR, ITC et HIA). Ceci a ammené à la production de nouveaux biocapteurs ou sondes luminescentes basés sur des interactions sélectives lectine-sucre dans l’éventualité future de dispositifs de diagnostics et de détection à partir d’expression de lectines (ex. cancer, infections bactériennes, etc.).Une autre classe de composés polyaromatiques a été étudiée, les hélicènes. Ces molécules hélicoïdales chirales sont retrouvées sous deux formes énantiomériques, selon le pas d’hélice. Nous présentons ici une nouvelle méthode de synthèse des hélicènes par une voie organométallique de réactions d’annulation et d’insertions C-H. Une étude poussée des conditions réactionnelles a été réalisée. Nous avons préparé des hélicènes fonctionnalisés. Les dérivés bromés et cyanés du [5]-hélicène ont été déposés sur la surface de Suzuki, afin d’étudier par nc-AFM les propriétés de structuration de ces produits sur une surface isolante. Le [5]-hélicène a aussi été fonctionnalisé par des unités mannosylés, dans les mêmes perspectives que pour les astérisques soufrés glycosylés. Ces hélicènes glycosylés sont les premiers de la sorte décrit dans la littérature. Ils ont présenté des propriétés convenables vers des sondes luminescentes chirales et d’autres biocapteurs, qui sont basés sur les interactions lectine-sucre. / Polysulfurated polyaromatic compounds represent a class of molecules that are not extensively studied, despite their interesting properties. The presence of sulfur affects their redox, photophysical and complexation properties. We prepared a series of these compounds by using some aromatic nucleophilic substitutions. They can be further functionalized by some polyaromatic units, such as anthracene or pyrene, or by some glycosides.Their luminescence properties have been especially studied for their agregation induced emission properties, where the emission of the compounds is turned on when they are immobilized in solid phase or strongly cooled. These compounds can also be used to stabilize iron/platinum nanoparticles, where a high density of divalent sulfur atoms play an important role in nanosciences. Glycosylated derivatives have been tested with different lectins like ConA, PAIL, PAIIL and Bc2lA, the last three being involved in bacterial infections found in patient suffering from cystic fibrosis. Studies include photophysical and reticulation properties, and also affinitiy assays by using biophysical methods (SPR, ITC, and HIA). It provided some novel biosensors or luminescent sensors based on some selective lectin-carbohydrate interactions, in the event of future diagnostic devices and biological detection originating from lectins expressions (ex. cancer, bacterial infection, etc.).Another class of polyaromatic compounds has been studied, the helicenes,. Those chiral helical molecules can be found under two enantiomeric forms, according to the sense of the helical pitch.We herein present a new synthetic method of helicenes based on an organometallic route for some annulation reactions and C-H insertions. An exhaustive study of reaction conditions has been performed. We have prepared some functionnalized helicenes. Brominated and cyanated [5]-helicene derivatives have been deposited on a Suzuki surface, in order to study their structuration properties by nc-AFM on a non conductive surface. [5]-helicene was further functionnalized with some mannosylated units, with the same perspectives as for the glycosylated sulfurated asterisks. Those glycosylated helicenes are the first of their kind described in the literature. They provided some adequate properties toward new chiral and luminescent sensors, as well as other biosensors, which are based on lectin-carbohydrate interactions.

Pseudomonas aeruginosa (PA) représente un véritable problème de santé publique étant l'une des principales causes d'infections nosocomiales et de mortalité chez les patients atteints de fibrose cystique. Cette bactérie provoque des pathologies respiratoires chroniques qui persistent malgré une thérapie antibiotique agressive à cause de l'émergence de souches résistantes et de la formation du biofilm. Une stratégie prometteuse consiste à inhiber les facteurs de virulence de PA tels que PA-IL qui est une lectine soluble impliquée dans la reconnaissance des résidus galactose et qui semble jouer un rôle dans l'adhésion de la bactérie au glycocalyx autour de la cellule hôte ainsi que dans le développement du biofilm. Alors que les interactions lectine-carbohydrate sont caractérisées par une spécificité élevée, l'affinité entre les lectines et les saccharides simples est faible et une présentation multivalente des unités saccharidiques est généralement requise pour atteindre une interaction significative d'un point de vue physiologique. Ce manuscrit décrit la synthèse de glycooligonucléotides dont l'affinité envers PA-IL a été étudiées par DNA Direct Immobilisation microarray. Les blocs de construction saccharidiques ont été assemblés sur des échafaudages phosphorylés en utilisant une combinaison de synthèse en phase solide d'ADN et « click chemistry » (cycloaddition 1,3-dipolaire azide/alcyne). Grâce à la technologie glycoarray, les glycomimétiques ont été analysés à une échelle nanomolaire. Les résultats expérimentaux ont permis d'établir des relations structure-activités précises. En outre, des études des docking ont confirmé les résultats expérimentaux. La synthèse des candidats les plus affins envers PA-IL a été conduite sans l'étiquette d'ADN et à plus grande échelle pour vérifier par des analyses biologiques leurs propriétés anti-adhésives ou inhibitrices du biofilm. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is a major public health issue due to its impact on nosocomial infections as well as its impact on cystic fibrosis patient mortality. It often leads to chronic respiratory infection despite aggressive antibiotic therapy due to the emergence of resistant strains and to the formation of biofilm. A promising approach is to inhibit the virulence factors of PA such as PA-IL which is a soluble lectin implicated in the recognition of galactose residues that seems to be involved in the adhesion of the bacterium to the glycocalyx surrounding host's cells as well as in the biofilm development.If carbohydrate-lectin interactions proceed with high specificity, the affinity between lectins and simple saccharides is low and a multivalent display of saccharidic units is generally required to attain physiologically significant association. This manuscript reports the synthesis of high affinity glycooligonucleotides toward PA-IL for its inhibition and their bindings properties were studied on a DNA direct immobilisation microarray. Glycoside building blocks were assembled on phosphorylated scaffolds using a combination of DNA solid phase synthesis and microwave assisted « click chemistry » (copper (I) catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition). Thanks to glycoarray technology the glycomimetics were studied at the nanomole scale. The experimental results have been used to assess structure binding relationships. In addition, docking studies have confirmed ours experimental results. The synthesis of the best hits as anti-biofilm or anti-adhesive molecules have been synthesized at upper scale without their DNA tag for biological studies as anti-adhesive compounds and biofilm inhibitors of PA.

Pseudomonas aeruginosa é uma gamaproteobactéria com capacidade de colonizar diversos tipos de ambiente e infectar hospedeiros filogeneticamente distintos. Em humanos, comporta-se como um patógeno oportunista,estando frequentemente relacionada à infecções em indivíduos imunocomprometidos e indivíduos portadores de fibrose cística. Um mecanismo importante para a versatilidade de P. aeruginosa é o sistema de percepção de quórum (QS), onde a bactéria pode vincular expressão gênica à densidade populacional e às características do ambiente. Atualmente, sabe-se que muitos outros reguladores estão interligados com QS, entre eles, a proteína reguladora RsmA e os pequenos RNAs RsmZ e RsmY. Além disso, diversos fatores importantes para a patogenicidade da bactéria são reguladas por QS. Em P. aeruginosa PA14, um fator importante para a patogenicidade em diversos hospedeiros é a proteína KerV, cujo envolvimento com QS foi descrito pela primeira vez neste trabalho. A linhagem D12, que possui uma deleção no gene kerV, mostrou alterações em fenótipos regulados por QS, como a maior produção de piocianina, composto que contribui para virulência e persistência das infecções causada por P. aeruginosa. Por ser facilmente detectável e pela regulação de sua síntese não ter sido completamente explorada em PA14, a expressão dos genes responsáveis pela produção de piocianina é um interessante repórter na investigação do possível envolvimento de KerV com QS. Além de piocianina, D12 apresenta níveis reduzidos de ramnolipídeos. Esses fenótipos somados se assemelham aos fenótipos da mutação de rsmA, sugerindo o envolvimento de KerV com os sistemas QS e Gac-Rsm direta ou indiretamente. Neste trabalho, mostramos que KerV exerce um efeito negativo na regulação dos operons phz1 e phz2, responsáveis pela síntese de piocianina, alterando a expressão desses genes. KerV exerce também um efeito positivo na expressão da proteína RsmA, responsável pela repressão de diversos genes alvos, onde RsmA se liga ao sítio de ligação ao ribossomo no mRNA, impedindo a tradução. Ensaios de gel shift mostraram que a ligação direta de RsmA na sequência líder de phzA1 e phzA2 ocorre, elucidando a maneira pela qual KerV está envolvido na regulação da expressão dos operons phz em P. aeruginosa PA14. Mostramos também que phz2 é ativo e contribui para a síntese de piocianina, pois na ausência de phz1, os níveis do pigmento são maiores do que aqueles detectados em PA14. Isso sugere uma maior expressão de phz2 e uma regulação diferencial dos operons de acordo com as condições ambientais como possível estratégia para manter os níveis desse composto. Uma evidência dessa regulação diferencial é vista no mutante lasR. Na fase inicial de crescimento, esse mutante não produz piocianina, porém quando exposto a tempos mais longos de cultivo, a produção de piocianina é maior quando comparada a PA14. Isso é reflexo da ativação da expressão de phz1 no mutante lasR em fase estacionária tardia, enquanto phz2 permanece não expresso. Isso indica que phz2 é dependente de LasR, ainda que indiretamente. Já phz1, embora tenha sua expressão influenciada por LasR no estágio inicial de crescimento, na fase estacionária é regulado por outros fatores independentes de las. / Pseudomonas aeruginosa is a gammaproteobacterium that colonizes several environments and infects phylogenetically distinct hosts. It behaves as an opportunistic pathogen in humans, often related to infection in immunocompromised individuals and cystic fibrosis patients. An important mechanism for P. aeruginosa versatility is the quorum sensing (QS) network, that allows bacteria to link gene expression to population density and environmental traits. Several additional regulators are interconnected with QS, as the regulatory mRNA binding protein RsmA and the non-coding small RNAs RsmZ and RsmY. Futhermore, key factors for pathogenicity are QS-regulated. In P. aeruginosa PA14, an important pathogenicity-related factor is the KerV protein, described for the first time here as involved in QS. D12 strain, that harbor a deletion in the kerV gene, shows alterations in QS-regulated phenotypes, such as high production of pyocyanin, a compound that contributes to virulence and persistence of P. aeruginosa infections. As the production of pyocyanin is easily detected and all mechanisms involved in its synthesis regulation are not fully described, the expression of genes responsible for production of this pigment is a good reporter to investigate KerV involvement in the QS network. Additionally, D12 also shows lower levels of rhamnolipids, another QS-regulated trait. Taken together, these phenotypes resemble the effects of a rsmA mutation, suggesting KerV involvement with QS and Gac-Rsm systems. In this work, we propose that KerV exerts a negative effect in the regulation of phz1 and phz2 operons, responsible for pyocyanin synthesis, by alterating the expression of these genes. KerV also has a positive effect on rsmA expression, responsible for the repression of several genes by blocking the ribosome binding site preventing the translation. Gel shift assays showed that RsmA binds directly in the leader sequence of phzA1 and phzA2, elucidating the manner in which KerV is involved in the regulation of phz operons expression in P. aeruginosa PA14. We also demonstrate that phz2 is actively expressed and contributes to pyocyanin production in PA14, since in the phz1 mutant the levels of pyocyanin are even higher than in the wild type strain. This suggests a phz2 higher expression and a differential regulation of phz operons according to environmental changes as a mechanism to maintain the levels of pyocyanin synthesis. An evidence for this regulation is the synthesis of pyocyanin by the lasR mutant, which does not make pyocyanin at early growth stages. However, at late stationary phase, pyocyanin production is even higher than in the wild-type strain, reflecting the LasR-independent regulation of phz1 expression, while phz2 operon remains silent.

Biocélulas a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica por meio da combustão bioeletroquímica de matéria orgânica. Células a combustível microbianas são biocélulas que utilizam microrganismos para metabolizar substratos no compartimento anódico. Entre os diversos microrganismos utilizados, algumas bactérias têm se destacado por apresentarem características de transferência de elétrons altamente eficientes, seja diretamente ou indiretamente (mediada), para os eletrodos. Entre as bactérias mais estudadas a espécie Pseudomonas aeruginosa possui grande importância devido à sua capacidade de produzir piocianina, um pigmento azul-esverdeado, que possui as características necessárias para a transferência de elétrons. A Pseudomonas aeruginosa apresenta melhor desempenho na produção da piocianina em meios de cultura enriquecidos com glicerol. O glicerol, por sua vez, é o principal subproduto na produção de biodiesel, e amplamente utilizado em indústrias como a de cosméticos. No entanto, o aumento exponencial na produção de biodiesel resultou no acúmulo do glicerol residual, o que fez seu preço cair substancialmente nos últimos anos e ocasionado o acúmulo como um subproduto indesejável. Com base nesses dados, o objetivo deste trabalho foi estudar linhagens de P. aeruginosa quanto à produção de pigmentos em caldo nutriente enriquecido com glicerol e caldo King (meio de cultura próprio para a produção de piocianina, que contém em sua formulação 10 g.L-1 de glicerol) e células a combustível microbianas com a linhagem que apresentar os melhores resultados em relação à produção de pigmentos. Os resultados mostraram que das seis linhagens apenas três se mostraram capazes de produzir piocianina em meio King, sendo que a cepa ATCC 27853 apresentou o melhor desempenho. As células a combustível microbianas construídas com meio de cultura caldo nutriente enriquecido com glicerol e meio King mostraram que é possível produzir pequenas quantidades de corrente com esta bactéria. Os estudos de cronoamperometrias e reação de redução de oxigênio apontam que a utilização de Nafion® como membrana trocadora de prótons é ineficiente devido à alta concentração de íons Na+ e K+ e, portanto, mais estudos devem ser realizados na ausência deste tipo de membrana para a otimização da produção de corrente. / Biofuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy into electrical energy by the bioelectrochemical combustion of organic matter. Microbial fuel cells are biofuel cells that use microorganisms to metabolize substrates in the anodic chamber. Among several microorganisms used, some bacteria species have gained special attention because they show high efficiency in the electronic transfer, directly or indirectly (mediated transfer), toward the electrodes. Among the most studied bacteria species Pseudomonas aeruginosa showed a great importance due to their capacity to produce pyocyanin, a blue-green pigment, that possess the necessary features to mediate electron transfer. The P. aeruginosa show the best performance for pyocyanin production in culture media enriched with glycerol. Glycerol is the main byproduct of biodiesel production and largely used in the cosmetics industries. Nevertheless, the exponential increase in the biodiesel production resulted in a glycerol byproduct accumulation that made its price decreased substantially in the last years and became an undesirable product. With this information, the aim of this study was to investigate the pigment production by P. aeruginosa strains in nutrient broth enriched with glycerol and King broth (a culture medium specific for pyocyanin production which uses 10 g.L-1 of glycerol) and microbial fuel cells with P. aeruginosa strains which showed the best results in the pigment production experiments. The results showed that among the six studied strains only three were able to produce pyocyanin in King culture medium, and the ATCC 27853 strain showed the best performance. Microbial fuel cells constructed with nutrient broth enriched with glycerol and King broth media resulted in a small current output. The experiments with chronoamperometry and oxygen reduction reaction suggest that the utilization of Nafion® as a proton exchange membrane is inefficient due the high Na+ and K+ ion concentration. So, new experiments with membraneless microbial fuel cells are needed to improve the current output.

Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista que ocasiona diferentes infecções em humanos. O surgimento de linhagens multirresistentes (MRs), contra os antibióticos comercialmente disponíveis, tem causado elevados níveis de morbidade e mortalidade. O objetivo deste estudo foi identificar uma molécula de piocina que apresente potente atividade bactericida contra cepas de P. aeruginosa MRs. Uma piocina de baixo peso molecular, produzida pela cepa ET02, apresentou potente atividade bactericida contra treze linhagens de P. aeruginosa produtoras de -lactamases (SPM-1, GIM-1, VIM-1, IMP-1, KPC-2, OXA-18 e GES-5). Essa piocina foi purificada e identificada como S8 através de espectrometria de massas e sequenciamento de DNA. Os genes codificadores da piocina S8 estão presentes no interior de um transposon localizado no cromossomo bacteriano da cepa ET02. Estes resultados demonstram que S8 possui potente atividade bactericida contra linhagens de P. aeruginosa MRs, podendo vir a ser utilizada como um composto antimicrobiano no tratamento de infecções hospitalares. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunist pathogen that causes human infections. The emergence of multidrug resistant strains (MRs) against antibiotics commercially available has been causing elevated mortality and morbidity levels. The purpose of this study was to identify a molecule of pyocin with a potent bactericidal activity against P. aeruginosa MRs strains. A low molecular weight pyocin, produced by ET02 strain, has presented wide bactericidal activity against thirteen lineages of P. aeruginosa, producers of -lactamases (SPM-1, GIM-1, VIM-1, IMP-1, KPC-2, OXA-18 e GES-5). This pyocin was purified and identified as S8 through mass spectrometry and DNA sequencing. The pyocin S8 encoding genes are present in the interior of a transposon located in the bacterial chromosome of the ET02 strain. These results demonstrate that S8 have potent bactericidal activity against P. aeruginosa MRs lineages, and may well be used as an antimicrobial compound on treatment of hospital infections.

As bactérias são reconhecidas pelos macrófagos através dos receptores do tipo Toll (TLR), que ativam as vias do NF-κB e das MAPKs, resultando em respostas como a fagocitose e a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (ROS/RNS), que causam a morte do microrganismo. P. aeruginosa, uma causa comum de pneumonia associada à ventilação mecânica, é uma bactéria que utiliza diversas estratégias de virulência e defesa, incluindo mecanismos antioxidantes. O objetivo deste trabalho foi verificar a relação entre o papel da 1-Cys peroxirredoxina LsfA está envolvida na virulência de P. aeruginosa. Linhagens mutantes com deleção em lsfA ou com uma mutação pontual neste gene (troca da Cys45 por Ala, RB302) foram construídas, sendo mais sensíveis a peróxido de hidrogênio que a linhagem selvagem PA14, como verificado pelo halo de inibição de crescimento. A atividade peroxidásica de LsfA foi medida in vitro pelo ensaio de tiocianato férrico e apenas a proteína com a sequência selvagem foi ativa, enquanto uma mutação na Cys45 aboliu completamente a sua atividade. Infecção de macrófagos J774 com as linhagens ΔlsfA ou C45A resultaram em uma diminuição da morte dos macrófagos, aumento do clearance bacteriano e aumento da secreção de TNF-α em comparação aos macrófagos infectados com a linhagem PA14, sugerindo uma maior ativação das vias do NF-κB e das MAPKs nos macrófagos infectados com as linhagens mutantes. Para verificar se LsfA poderia alterar o estado oxidativo dos macrófagos, eles foram infectados com as linhagens PA14 ou RB302 (C45A) e incubadas com carbóxi-H2DCFDA, um indicador que se torna fluorescente quando oxidado. Macrófagos infectados com a linhagem mutante demonstraram um maior estado oxidativo em comparação aos macrófagos infectados com a linhagem selvagem, confirmando que LsfA limita a ativação dos macrófagos, resultando numa menor produção de TNF-α e diminuição da citotoxicidade. A via das MAPKs e do NF-κB são requeridos para a produção máxima de TNF-α nos macrófagos infectados com a linhagem RB302, o que foi demonstrado utilizando-se de inibidores farmacológicos para essas vias. Como esperado, quando os macrófagos foram infectados com a linhagem RB302 na presença do antioxidante N-acetil-cisteína, houve uma redução da produção de TNF-α a níveis semelhantes dos macrófagos infectados com a linhagem selvagem. Em modelo de pneumonia aguda, todos os camundongos infectados com a linhagem PA14 morreram 48h pós-infecção, enquanto os camundongos infectados com a linhagem RB302 sobreviveram por mais de 60 dias após a infecção. Houve uma redução do número de bactérias nos pulmões, baço e fígado nos camundongos infectados com a linhagem RB302 em comparação aos camundongos infectados com a linhagem PA14. Também foi observado um aumento na produção de citocinas pró-inflamatórias nos camundongos infectados com a linhagem RB302 em comparação aos camundongos infectados com PA14. Com isso, foi demonstrado pela primeira vez o envolvimento de uma 1-Cys peroxirredoxina de bactérias na virulência, com a modulação da resposta imune do hospedeiro in vitro e in vivo. / Bacteria are recognized by macrophages via Toll-Like Receptors (TLR), leading to a signaling pathway that activates NF-κB and MAPKs. Killing in phagossomes is achieved by reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS) generation. P. aeruginosa is a common cause of ventilator associated pneumonia and it uses several strategies for virulence and defense, including antioxidant mechanisms. In this work, we show for the first time that the 1-Cys peroxiredoxin LsfA is implicated in P. aeruginosa virulence. Mutant strains with a deletion in lsfA or with a mutation (Cys45 to Ala, RB302) were constructed and they were more sensitive to H2O2 than the wild type strain PA14, as verified by a growth inhibition assay. In vitro peroxidasic activity of LsfA was measured by ferric-thiocyanate assay, and while the wild-type protein was active, the mutation in Cys45 abolished its activity. Infection of J774 macrophages with ΔlsfA or C45A strains resulted in lower cell death, increased bacterial clearance and higher TNF-α production in comparison to PA14-infected macrophages, suggesting a higher level of MAPKs and NF-κB activation due to the mutant strains. To verify whether LsfA could modify the oxidative state of infected macrophages, they were infected with PA14 or RB302 strains and incubated with carboxy-H2DCFDA, an indicator that emits fluorescence when oxidized. Macrophages infected with mutant strains showed a higher oxidative state in comparison to PA14-infected cells, thus confirming that LsfA limits macrophages activation that leads to TNF-α production and cytotoxic activity. MAPKs and NF-κB pathways are required to full production of TNF-α in macrophages infected with RB302, as shown using pharmacological inhibitors for those pathways. When macrophages were infected with RB302 in the presence of the antioxidant N-acetyl-cysteine, there was a reduction in TNF-α production as compared to PA14, as expected. In an acute pneumonia model, all PA14-infected mice died at 48h post-infection, while C45A-infected mice survived as long as 60 days. There was also reduction in bacterial counts in the lungs, spleen and liver of mice infected with RB302, in comparison to PA14-infected mice. A greater pro-inflammatory cytokine production was observed in mice infected with mutant strain in comparison to mice infected with PA14. Altogether, this work shows for the first time the role of a bacterial 1-Cys Prx that modulates host immune response in vitro and in vivo.

Proteínas sinalizadoras membranares são amplamente usadas por bactérias para adequar seu metabolismo a estímulos ambientais. Elas possuem ainda um grande potencial de aplicação, como em técnicas para controle de infecções e o desenvolvimento de ferramentas biotecnológicas, como biossensores. Entretanto, pouco é conhecido sobre os mecanismos estruturais de transdução bacterianos. Em particular, pouco é descrito sobre proteínas sinalizadoras que possuem os domínios GGDEF e/ou EAL, responsáveis por desencadear a síntese, degradação ou captação da molécula c-di-GMP, um dos principais reguladores do metabolismo bacteriano. Por isso, esse estudo objetivou a caracterização de duas proteínas sinalizadoras transmembrana de Pseudomonas aeruginosa, codificadas nos genes PA0847 e PA3343 (HsbD), além de trazer análises por bioinformática de proteínas com domínios GGDEF e EAL consecutivos, comumente associados a membrana celular. É relatado que PA0847 e HsbD são ambas diguanilato ciclases (DGC), que impactam consideravelmente em fenótipos de P. aeruginosa, patógeno modelo de estudo e que infecta pacientes imunocomprometidos. Além disso, um estudo anterior mostrou a interação entre a porção citoplasmática de PA0847 e a região N-terminal de HsbD (HsbD-Nt), pela técnica de duplo híbrido. Nesse estudo, é mostrado que essa interação, associada à presença de um padrão conservado em HsbD-Nt, sugere a presença um sistema de controle específico de c-di-GMP. Ensaios in vitro de pulldown, termoforese e duplo híbrido, utilizando domínios isolados de PA0847, confirmaram a interação com HsbD-Nt e mostraram que a interação é dependente de todos os domínios de PA0847. Análises de massa molecular e de cinética enzimática mostraram que o HAMP eleva a atividade DGC e promove a formação de tetrâmeros. A presença de um transportador de sulfato compartilhando um operon com PA0847, associado a modelos computacionais da região periplasmática de PA0847, suportam o envolvimento de PA0847 na homeostase desse íon. Nesse estudo foram ainda identificados, por meio de análises de sequências, novos potenciais grupos de resíduos que estariam envolvidos na regulação de proteínas GGDEF-EAL. Análises adicionais de sequências e de estruturas indicaram também um mecanismo de dimerização alternativo para EALs, quando a região de dimerização está ausente. Estes resultados são inéditos e fornecem passos para uma melhor compreensão da sinalização bacteriana intermediada pelo c-di-GMP. / Membrane signaling protein are widely used by bacteria to adequate their metabolism of environmental cues. They present a great potential of applicability, such as techniques to control bacterial infections and development of biotecnological devices, for example in biosensors. However, little is known regarding the mechanisms of signal transduction in bacteria. In particular, about receptors that posses GGDEF and/or EAL domains, performing synthesis, degradation or recognition of c-di-GMP, which is one of the major bacteria metabolism regulators. For this reason, the present study aimed characterize two important transmembrane signaling proteins from Pseudomonas aeruginosa, coded in genes PA0847 and PA3343 (HsbD) and performed bioinformatic analysis of proteins with GGDEF and EAL in tandem, usually associated with membrane. Previous studies indicated that PA0847 and HsbD are both diguanylate cyclases (DGCs) that significantly impair phenotypes of P. aeruginosa, which is a model organism and common cause of infection in immunocompromised patients. In the present study we have shown that this interaction associated with the presence of a wellconserved pattern from HsbD-Nt, suggests the presence a system used for specific downregulation of c-di-GMP. Furthermore, using isolated domains of PA0847 in thermophoresis, pull down and two-hybrid confirmed the interaction and showed that the full PA0847 cytoplasmic is necessary to interaction with HsbD. Additional amalysis of molecular mass and enzyme kinetic showed that HAMP increases DGC activity, alters the co-purification patern of c-di-GMP and promotes tetramers formation in PA0847 soluble constructs. The presence of sulfate transporter in a common operon with PA0847, associated with computation model of periplasmatic region of PA0847 supports the relation of this protein in sulfate homeostasis. We also identified using new residues groups copled that are potential play roles in GGDEF-EAL proteins. We found by stuctural analisys alternative mechanisms of dimerization in EAL domais that do not posses dimerization site conserved. These results have not been presented elsewhere and provide insights into the bacterial signaling of c-di-GMP pathways.

A proteobactéria Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista em humanos, sendo associado a queimaduras e infecções pulmonares crônicas em pacientes com fibrose cística. Essas infecções são difíceis de erradicar devido à resistência intrínseca de P. aeruginosa a antibióticos e à formação de biofilmes. Essa bactéria é altamente capaz de adaptar ao ambiente, tem um metabolismo versátil e pode direcionar a expressão de genes por vários fatores sigma alternativos. Estes são subunidades para transcrição de conjuntos específicos de genes em bactérias e interagem com o cerne da RNA polimerase, levando ao reconhecimento do promotor e início da transcrição. Os fatores sigma alternativos permitem que bactérias redirecionem a sua expressão genética. Um grupo de fatores sigma alternativos é o grupo dos fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) que são envolvidos principalmente em funções do envelope celular. Esse trabalho teve como objetivo caracterizar dois fatores sigma ECF de função desconhecida, PA14_21550 e PA14_46810. A linhagem mutante Δ21550 foi analisada quanto a sua sobrevivência a diferentes estresses, observando-se que é mais resistente ao choque de 45°C que a linhagem selvagem. Esse fator sigma não é essencial para crescimento da bactéria em meio LB e meio mínimo M63 acrescido de glicose ou succinato. Além disso, observou-se que a superexpressão desse fator sigma aumenta a expressão da proteína hipotética PA14_30100, usando-se uma abordagem proteômica. O mutante de transposon para o fator sigma PA14_46810 apresenta melhor crescimento que a bactéria selvagem em meio M63 acrescido de glicose. Essa linhagem mostrou mesmo fenótipo para biofilme e formação de exopolissacarídeo que a bactéria selvagem. Ademais, foi realizada análise de transcritoma por RNA-Seq com a superexpressão do fator sigma PA14_46810 na linhagem selvagem. Na linhagem de superexpressão Observou-se que ocorre indução de genes envolvidos com a desnitrificação, transporte de moléculas e metabolismo de uma maneira geral, em relação à linhagem controle. Por outro lado, o excesso de PA14_46810 reprime principalmente genes envolvidos com a tradução de proteínas e síntese de espermidina. Este trabalho, portanto, trouxe novas informações sobre as funções de diferentes fatores sigma ECF de P. aeruginosa, contribuindo assim para um maior entendimento da fisiologia desta bactéria e sua adaptação a diferentes condições. / The proteobacterium Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen in humans, and it is associated to chronic pulmonary infections in patients with cystic fibrosis and burn wounds. These infections are difficult to eradicate due to P. aeruginosa intrinsic resistance to antibiotics and formation of biofilms, which allow the bacteria to adhere to biotic and abiotic surfaces. This bacterium is highly adaptaptable to the environment has a versatile metabolism and can direct the expression of genes by several alternative sigma factors. The sigma factors bind to the RNA polymerase core, providing recognition to promoter and transcription initiation. Therefore, the alternative sigma factors can redirect bacterial genetic expression by recognizing specific promoters. One subfamily of alternative sigma factors is the extracytoplasmic function (ECF) sigma factors, involved mostly in cell envelope functions. The aim of this work was characterize two ECF sigma factors with unknown function in P. aeruginosa, PA14_21550 and PA14_46810. The strain Δ21550 was analyzed for its survival in different stress conditions and it is more resistant in heat shock conditions at 45°C than the wild type strain. It was also observed that PA14_21550 sigma factor is not essential for bacterial growth in LB and M63 minimal medium added with glucose or succinate as the carbon source. Furthermore, overexpression of this sigma factor increases the expression of hypothetical protein PA14_30100, as verified by a proteomic approach. A strain insertionally inactivated in the PA14_46810 gene has better growth than the wild type strain in M63 added with glucose and the same phenotype regarding to biofilm formation and exopolysaccharide production as the wild type strain. Moreover, transcriptome analysis was carried out by RNA-Seq with overexpression of the PA14_46810 sigma factor in the wild type strain. Induction of genes involved in denitrification, transport of molecules and energetic metabolism in relation to the control strain was observed. On the other hand, excess of PA14_46810 represses genes involved in protein translation and spermidine synthesis. This work, therefore, brought new information about the functions of two ECF sigma of P. aeruginosa, thus contributing to a greater understanding of the physiology of this bacterium and its adaptation to different conditions.

INTRODUÇÃO: Cepas de Pseudomonas aeruginosa (PA) produtoras de Metalo-b- lactamase (MBL) tem sido reportadas como sendo uma importante causa de infecções nosocomiais assim como um grande problema terapêutico mundial. No complexo HC-FMUSP, o maior hospital universitário do Brasil, a prevalência de PA resistente aos carbapenêmicos também se apresenta de forma crítica. No entanto, a prevalência de MBL em nossa instituição e a padronização para detecção fenotípica deste mecanismo de resistência ainda não foram estabelecidos. OBJETIVOS: Determinar a prevalência de MBL em cepas de PA resistentes ao imipenem; comparar métodos fenotípicos e moleculares na detecção de MBL; avaliar a clonalidade dos isolados produtores de MBL e determinar o perfil de suscetibilidade de todos os isolados incluídos no estudo. MÉTODOS: Foi realizado um estudo retrospectivo com 69 cepas de PA resistentes ao imipenem isoladas de hemoculturas de pacientes do HC-FMUSP no ano de 2005. Os isolados foram submetidos ao teste de suscetibilidade pelo método de microdiluição e Etest® para colistina. Estes foram testados para a produção de MBL pelos métodos fenotípicos de Disco Aproximação (DA), Etest® MBL e Teste de Hodge Modificado (THM). A Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) foi realizada para detecção dos seguintes genes: (blaSPM-1, blaIMP-1, blaIMP-2, blaVIM-1 e blaVIM-2). A clonalidade dos isolados produtores de MBL foi avaliada por Eletroforese em Campo Pulsado (PFGE). RESULTADOS: Cinqüenta e três cepas (76.8%) foram positivas pelos métodos de DA e Etest® MBL, e 19 cepas (27.5%) foram positivas pelo THM. Vinte e um isolados (30.4%) demonstraram o gene blaMBL por PCR, sendo que 17 (81%) foram positivos para o gene blaSPM-1 e 4 (19%) para o gene blaVIM-2. Os genes blaIMP-1, blaIMP-2 e blaVIM-1 não foram detectados. O inibidor ácido 2-mercaptoacético (MAA) e o THM mostram a melhor concordância com a PCR, com índices de kappa variando de 0.81 a 0.86 e 0.79, respectivamente O ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), demonstrou alta sensibilidade (100%), baixa especificidade (33.3%), e pobre concordância com a PCR. Entre os isolados positivos para o gene blaSPM-1, 5 foram indistinguíveis, 11 foram estreitamente relacionados e 1 possivelmente relacionado. Entre os isolados positivos para o gene blaVIM-2, 2 foram indistinguíveis, 1 foi estreitamente relacionado e 1 diferente. Entre os isolados produtores de MBL, a colistina e o aztreonam foram as drogas mais ativas com 90.5% e 85.7% de sensibilidade, respectivamente. CONCLUSÃO: Este é o primeiro relato de PA produtora de MBL no HC-FMUSP, reforçando a epidemiologia brasileira onde a enzima SPM-1 é a mais prevalente entre isolados de PA. Os métodos de DA com o inibidor MAA e o THM mostraram-se boas opções para detecção fenotípica de MBL em laboratórios de microbiologia. Os produtores de MBL demonstraram fenótipo multiresistente com um padrão clonal, enfatizando a necessidade de práticas de controle de infecções em nossa instituição / INTRODUCTION: Pseudomonas aeruginosa (PA) strains Metallo-b-lactamase (MBL) producing have been reported as an important cause of nosocomial infection, also becoming a critical therapeutic problem worldwide. At HC-FMUSP complex, the largest teaching hospital in Brazil, the prevalence of PA resistant to carbapenems is also presented as a critical problem. However, MBL prevalence and the standardization for phenotypical detection of this resistance mechanism still had not been established. PURPOSE: To determine MBL prevalence in PA resistant to imipenem; to compare phenotypic and molecular methods to detect MBL; to evaluate the clonality of the MBL producers strains and to determine the susceptibility profile of all isolates included in this study. METHODS: A retrospective study was carried analyzing 69 PA strains resistant to imipenem isolated from blood cultures of patients at HC-FMUSP during 2005. They were submitted to the susceptibility profile test by microdilution method and Etest® to colistin. The isolates were also tested for MBL production by phenotypic methods like Double Disk Synergy (DDS), Etest® MBL, Modified Hodge Test (MHT). The Polimerase Chain Reaction (PCR) was used to detect the following genes: (blaSPM-1, blaIMP-1, blaIMP-2, blaVIM-1 and blaVIM-2). The clonality of the MBL producers was evaluated by Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE). RESULTS: Fifty-three isolates (76.8%) had positive results with DDS and Etest® MBL, and 19 isolates (27.5%) were positive by MHT. Twenty-one isolates (30.4%) had a blaMBL gene by PCR, being 17 (81%) positive for blaSPM-1 and 4 (19%) for blaVIM-2. The blaIMP-1, blaIMP-2 and blaVIM-1 genes had not been detected. Mercaptoacetic acid (MAA) inhibitor and MHT showed the best agreement with PCR, with kappa value ranging from 0.81 to 0.86 and 0.79, respectively. Etilenodiaminotetracetic acid (EDTA) inhibitor showed high sensibility (100%), low specificity (33.3%), and poor agreement with PCR. Among isolates producing blaSPM-1 gene, 5 were indistinguishable, 11 were closely related and 1 was possibly related. Among isolates producing blaVIM-2 gene, 2 were indistinguishable, 1 closely related and 1 was different. Among MBL-producing strains, colistin and aztreonam were the most active drugs with 90.5% and 85.7% of sensitivity, respectively. CONCLUSION: This is the first report of PA MBL producers at HCFMUSP, reinforcing the Brazilian epidemiology where SPM-1 enzyme is the most prevalent among PA isolates. The DDS method with MAA inhibitor and MHT had the best agreement with PCR, showing themselves as good options for MBL phenotypical detection in microbiology laboratories. The MBL producers had shown multiresistant phenotype with a clonal standard, reinforcing the necessity of infection control practices in our institution