O sistema de secreção tipo IV (T4SS) da família de bactérias Xanthomonadaceae transfere efetores (X-Tfes) com a capacidade de matar outras bactérias, conferindo uma vantagem em comunidades bacterianas mistas para colonizar diferentes nichos como o solo ou as superfícies das plantas. Os X-Tfes possuem diferentes domínios putativos com atividades hidrolíticas contra componentes do envelope celular bacteriano do tipo: glicohidrolases, transglicosilases, amidases e lipases. Os X-Tfes por sua atividade biológica inata podem ocasionar dano intracelular para a bactéria que os produz. Para se proteger contra estas atividades, também são produzidas lipoproteínas com função inibitoria (X-Tfis) localizadas no periplasma. Os genes que codificam os X-Tfes e os X-Tfis estão organizados em operons, o que permite gerar os pares efetor/inibidor simultaneamente. Entre os potenciais X-Tfes do fitopatógeno Xanthomonas citri estão Xac1918 e Xac0574. Xac1918 é uma proteína com um domínio da superfamília da lisozima e um domínio conhecido como RTX (Repeats in Toxin) de ligação ao cálcio, enquanto Xac0574 tem um domínio da superfamília da lipase 3. Os seus possíveis inibidores, Xac1917 e Xac0573 respectivamente, apresentam um peptídeo sinal no N-terminal contendo o lipobox representativo das lipoproteínas. As proteínas Xac0574 e Xac0573 são monômeros em solução que formam um complexo estável 1:1, favorecido termodinamicamente (ΔG°= -12 Kcal/mol) com uma constante de dissociação de 2,45 nM, garantindo que a bactéria fique protegida contra os efeitos nocivos de Xac0574 quando é produzida intracelularmente. Xac0574 é uma fosfolipase A1, sem atividade lisofosfolipase, com a capacidade de hidrolisar os três fosfolipídios majoritários que compõem a membrana celular bacteriana, fosfatidilglicerol (PG), cardiolipina e fosfatidiletanolamina (PE), mostrando uma aparente preferência pelo último. A atividade enzimática de Xac0574 explica a forte inibição do crescimento celular em E. coli após da sua indução heteróloga, já que gera uma diminuição de quase 10 vezes da população celular comparada com a cultura não induzida com a mesma construção. Poroutro lado, Xac0573 inibe efetivamente a atividade enzimática de Xac0574 ao formar o complexo, além de não ter atividade fosfolipase nem lisofosfolipase. Foram produzidos cristais da Xac1918 e Xac0573 que difrataram com uma resolução de 3,0 e 2,5 Å, respectivamente. Porém, só foi gerado um modelo de Xac0573. Xac0573 está composta por duas folhas β antiparalelas com uma topologia característica de β sanduíche Com uma pequena hélice e duas voltas. Um alinhamento de homólogos de Xac0573 identificou nas extremidades da proteína as regiões conservadas, constituindo duas possíveis interfaces de interação que podem ser as responsáveis por bloquear o acesso dos fosfolipídios ao sítio catalítico ou impedir os rearranjos estruturais de Xac0574 que são necessários para a sua atividade enzimática. Adicionalmente, a topologia da Xac0573 é semelhante do domínio C2, conhecido em eucariotos como domínio de ligação ao lipídio e ao cálcio, e está envolvido em processos de sinalização de segundos mensageiros lipídicos, proteínas de trafego de membranas e mecanismos de fusão de membranas. Nossos resultados apontam para uma nova função biológica do domínio C2 como um inibidor enzimático intracelular em bactérias. / The type IV secretion system (T4SS) of the bacteria family Xanthomonadaceae transfers effectors (X-Tfes) with that can kill other bacterial cells, conferring an advantage to the bacterial community during colonization of different niches in the soil or on the plant surface. The X-Tfes possess different putative domains with hydrolytic activity against components of the bacterial cellular envelope, including glycohydrolase, transglycolase, amidase and lipase domain. The innate biological activity of X-Tfes can cause intracellular damage. Therefore, the bacteria that produce them also produce lipoproteins with inhibitor function (X-Tfis) located in the periplasm for their protection. The genes that code for X-Tfes and X-Tfis are organized in operons that allow for their simultaneous expression. Among the X-Tfes of the phytopathogen Xanthomonas citri are Xac1918 and Xac0574. Xac1918 is carries a lysozyme superfamily domain, as well as a domain known as RTX (Repeats in Toxic) predict to bind calcium, while, Xac0574 has a domain belonging to the lipase 3 superfamily. Their possible inhibitors, Xac1917 e Xac0573 respectively, carry an N-terminal signal peptide containing a lipobox found in bacterial lipoproteins. The Xac0574 and Xac0573 proteins are both monomers in solution, They can form a stable 1:1 complex, that is thermodynamically favored (ΔG°= -12 Kcal/mol) with a dissociation constant of 2,45 nM. This affinity ensure that the bacterium is protected against the harmful effects of Xac0574 when it is produced intracellularly. We show that Xac0574 is a phospholipase A1, without lisophospholipase activity, and is able to hydrolyze the three most common phospholipids found in the membranes of Gram negative bacteria, namely phosphatidylglycerol (PG), cardiolipin and phosphatidylethanolamine (PE), presenting an apparent preference for PE. The enzymatic activity of Xac0574 explains the strong inhibition of growth of E. coli cells after its heterologous induction: a nearly 10-fold decrease in the cell population is observed when compared to the non-induced culture with the same construct. On the other hand, Xac0573 effectively inhibits the enzymatic activity of Xac0574. Furthermore, Xac0573 does not possess when forming the complex, besides not having phospholipase nor lysophospholipase activity.Crystals of Xac1918 and Xac0573 were produced which diffracted with to resolution of 3.0 and 2.5 Å, respectively. However, we were able to resolve the structure of only Xac0573. Xac0573 is composed of two anti-parallel sheet that form a β-sandwich with three small helices. An alignment to Xac0573 homologs identified conserved regions at the ends of the protein that constitute two possible interfaces of interaction that may be responsible for blocking the access of the phospholipids to the catalytic site or impede the structural rearrangements of Xac0574 that are necessary for its enzymatic activity. Additionally, the topology of Xac0573 is similar to that to C2 domains, known in eukaryotes to bind lipids and calcium and to be involved in signaling processes mediated by lipid second messengers, membrane trafficking and membrane fusion mechanisms. Our results point to a new biological function of the C2 domain as an intracellular enzyme inhibitor in bacteria.

Das Typ III Sekretionssystem (T3SS) ist ein Proteinkomplex den Gramnegative Bakterien nutzen um in einem Schritt Effektorproteine (Effektoren) aus dem Zytosol über die Doppelmembran zu sekretieren. Für viele Bakterien ist das T3SS ein essenzieller Virulenzfaktor, der es ihnen erlaubt mit ihrem Wirt zu interagieren und diesen zu manipulieren. Charakteristisch für das T3SS ist die strukturelle Komponente, der Nadelkomplex. Dieser ähnelt strukturell einer Spritze, deren Basalkörper die bakteriellen Membranen und das Periplasma durchspannt und einer Nadel, die vom Basalkörper aus dem Bakterium ragt. Basierend auf dem Modell einer Spritze wird angenommen, dass Effektoren entfaltet und anschließend durch Basalkörper und Nadelkanal sekretiert werden. Trotz der kontinuierlichen Forschung an T3SS entbehrt dieses Modell einer experimentellen Grundlage und der Mechanismus ist nicht vollständig erklärt. Ziel der Arbeit war es, eine experimentelle Basis für den Sekretionsmechanismus des T3SS zu schaffen. Um zu verstehen, wie das T3SS Effektoren sekretiert, wurden zunächst Fusionsproteine konstruiert, welche aus einem Effektor und einem stabil gefalteten Knotenprotein bestehen. Aufgrund des Knotens in der Fusion ist davon auszugehen, dass dieser während der Sekretion nicht entfalten kann. Die Effektordomäne wird sekretiert während der Knoten im Kanal verbleibt und diesen verstopft. Nach unseremWissen ist diese Arbeit die erste Visualisierung von Effektorfusionen an isolierten Nadelkomplexen. Die Effektorfusion wird N-terminal voran durch den Kanal sekretiert, wobei der Kanal das Substrat umschließt und gegen Proteasen und chemische Modifikationen abschirmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit untermauern eine Grundidee der Funktionsweise des T3SS und liefern eine vielversprechende Strategie für in situ-Strukturanalysen. Dieser Ansatz lässt sich auch auf andere Proteinsekretionssysteme übertragen, bei welchen Substrate vor dem Transport entfaltet werden müssen. / The Type III Secretion System (T3SS) is a complex used by Gram-negative bacteria to secrete effector proteins from the cytoplasm across the bacterial envelope in a single step. For many pathogens, the T3SS is an essential virulence factor that enables the bacteria to interact with and manipulate their respective host. A characteristic structural feature of the T3SS is the needle complex (NC). The NC resembles a syringe with a basal body spanning both bacterial membranes and a long needle-like structure that protrudes from the bacterium. Based on the paradigm of a syringe-like mechanism, it is generally assumed that effectors are unfolded and secreted from the bacterial cytoplasm through the basal body and needle channel. Despite extensive research on T3SS, this hypothesis lacks experimental evidence and the mechanism of secretion is not fully understood. This work aimed to provide an experimental basis for the model of the T3SS mechanism. In order to elucidate details of the effector secretion mechanism, fusion proteins consisting of an effector and a bulky protein containing a knotted motif were generated. It is assumed that the knot cannot be unfolded during secretion of the chimera. Consequently, these fusions are accepted as T3SS substrates but remain inside the NC channel and obstruct the T3SS. This is, to our best knowledge, the first time effector fusions have been visualized together with isolated NCs and it demonstrates that effector proteins are secreted directly through the channel with their N-terminus first. The channel encloses the substrate and shields it from a protease and chemical modifications. These results corroborate an elementary understanding of how the T3SS works and provide a powerful tool for in situ-structural investigations. This approach might also be applicable to other protein secretion systems that require unfolding of their substrates prior to secretion.

Das humane Magenpathogen Helicobacter pylori (H. pylori) besiedelt den menschlichen Magen und kann zu der Entstehung schwerwiegender Krankheiten wie Magenkrebs und Magengeschwüren führen. Die Pathogenese ist eng mit dem bakteriellen Typ IV Sekretionssystems (T4SS) assoziiert, das die Translokation des Effektorproteins CagA in die Wirtszelle vermittelt. Bisher ist noch unbekannt, in welchem Ausmaß wirtszellspezifische Faktoren die T4SS induzierte Pathogenese beeinflussen. Dieser Aspekt wurde in dieser Arbeit durch die Analyse verschiedenster Zelllinien das erste Mal systematisch untersucht. Interessanterweise unterschied sich die zelluläre Antwort auf die T4SS spezifische Infektion erheblich in Abhängigkeit der verwendeten Zelllinie. Die Ergebnisse beweisen, dass Wirtszellfaktoren eine ebenso große Rolle in der H. pylori induzierten Pathogenese spielen wie bakterielle Effektoren. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit eine genomweite Screening-Methode etabliert, die es ermöglicht, neue Komponenten des T4SSs, translozierte NF-B Effektoren und bakterielle Adhäsine zu identifizieren. Auch der Einfluss von CagA auf den EGF-Rezeptor wurde hier näher untersucht. Der Rezeptor steht ebenfalls eng mit der Entstehung von Krebs in Verbindung. Hierbei stellte sich heraus, dass CagA die Endozytose des EGF-Rezeptors durch die Aktivierung der Nicht-Rezeptor Tyrosinkinase c-Abl hemmt und dadurch die Rezeptorpopulation auf der Wirtszelloberfläche erhöht. Interessanterweise führt dieser Effekt jedoch nicht zu einer Verstärkung der EGF-Rezeptor Signaltransduktion. Vielmehr kommt es zu einer Hemmung der EGF-Rezeptor Transaktivierung und zu einer Blockade der EGF vermittelten Wundheilung. Die Daten weisen auf eine Rolle des EGF-Rezeptors in der H. pylori induzierten Geschwürbildung hin. Auch der zu Grunde liegende molekulare Mechanismus der Rezeptor-Inhibierung konnte hier entschlüsselt werden, der sowohl von CagA als auch von der Phosphatase SHP-2 gesteuert wird. / The human gastric pathogen Helicobacter pylori (H. pylori) elicits a tremendous medical burden because of its causative association with peptic ulcer disease and gastric cancer. The pathogenic potential of H. pylori is intricately linked to the expression of a pathogenicity island encoded type IV secretion system (T4SS), which translocates the bacterial effector protein CagA into the eukaryotic host cell. The role of host cell determinants in T4SS mediated pathogenesis has not yet been systematically examined. To elucidate the role of host cell factors within T4SS induced host cell responses, different eukaryotic cell lines were analyzed systematically for respective phenotypes. Remarkably, T4SS mediated host responses among these cell lines varied considerably, thereby demonstrating the importance of host cell components in H. pylori induced pathogenesis. In addition, a H. pylori genome wide bacterial screen for factors important in pathogenesis, such as unknown T4SS components or novel NF-kappaB effector molecules, was developed and optimized. The precise function of the prominent effector protein CagA remains unclear. To functionally characterize the role of CagA, its impact on the epidermal growth factor (EGF)-receptor pathway was analyzed. The results suggest a mechanism where EGF-receptor endocytosis is completely blocked by a CagA induced activation of c-Abl, leading to an elevated receptor surface exposition. Surprisingly, EGF-receptor transactivation and EGF-dependent wound healing are selectively blocked during prolonged infections as well, indicating that an increased receptor-population on the cell surface does not necessarily promote signaling. This data suggests a role for the EGF-receptor in H. pylori- induced ulcer disease. The underlying molecular mechanism was identified as being SHP-2 and CagA dependent.

O sistema de secreção tipo IV (T4SS) da família de bactérias Xanthomonadaceae transfere efetores (X-Tfes) com a capacidade de matar outras bactérias, conferindo uma vantagem em comunidades bacterianas mistas para colonizar diferentes nichos como o solo ou as superfícies das plantas. Os X-Tfes possuem diferentes domínios putativos com atividades hidrolíticas contra componentes do envelope celular bacteriano do tipo: glicohidrolases, transglicosilases, amidases e lipases. Os X-Tfes por sua atividade biológica inata podem ocasionar dano intracelular para a bactéria que os produz. Para se proteger contra estas atividades, também são produzidas lipoproteínas com função inibitoria (X-Tfis) localizadas no periplasma. Os genes que codificam os X-Tfes e os X-Tfis estão organizados em operons, o que permite gerar os pares efetor/inibidor simultaneamente. Entre os potenciais X-Tfes do fitopatógeno Xanthomonas citri estão Xac1918 e Xac0574. Xac1918 é uma proteína com um domínio da superfamília da lisozima e um domínio conhecido como RTX (Repeats in Toxin) de ligação ao cálcio, enquanto Xac0574 tem um domínio da superfamília da lipase 3. Os seus possíveis inibidores, Xac1917 e Xac0573 respectivamente, apresentam um peptídeo sinal no N-terminal contendo o lipobox representativo das lipoproteínas. As proteínas Xac0574 e Xac0573 são monômeros em solução que formam um complexo estável 1:1, favorecido termodinamicamente (ΔG°= -12 Kcal/mol) com uma constante de dissociação de 2,45 nM, garantindo que a bactéria fique protegida contra os efeitos nocivos de Xac0574 quando é produzida intracelularmente. Xac0574 é uma fosfolipase A1, sem atividade lisofosfolipase, com a capacidade de hidrolisar os três fosfolipídios majoritários que compõem a membrana celular bacteriana, fosfatidilglicerol (PG), cardiolipina e fosfatidiletanolamina (PE), mostrando uma aparente preferência pelo último. A atividade enzimática de Xac0574 explica a forte inibição do crescimento celular em E. coli após da sua indução heteróloga, já que gera uma diminuição de quase 10 vezes da população celular comparada com a cultura não induzida com a mesma construção. Poroutro lado, Xac0573 inibe efetivamente a atividade enzimática de Xac0574 ao formar o complexo, além de não ter atividade fosfolipase nem lisofosfolipase. Foram produzidos cristais da Xac1918 e Xac0573 que difrataram com uma resolução de 3,0 e 2,5 Å, respectivamente. Porém, só foi gerado um modelo de Xac0573. Xac0573 está composta por duas folhas β antiparalelas com uma topologia característica de β sanduíche Com uma pequena hélice e duas voltas. Um alinhamento de homólogos de Xac0573 identificou nas extremidades da proteína as regiões conservadas, constituindo duas possíveis interfaces de interação que podem ser as responsáveis por bloquear o acesso dos fosfolipídios ao sítio catalítico ou impedir os rearranjos estruturais de Xac0574 que são necessários para a sua atividade enzimática. Adicionalmente, a topologia da Xac0573 é semelhante do domínio C2, conhecido em eucariotos como domínio de ligação ao lipídio e ao cálcio, e está envolvido em processos de sinalização de segundos mensageiros lipídicos, proteínas de trafego de membranas e mecanismos de fusão de membranas. Nossos resultados apontam para uma nova função biológica do domínio C2 como um inibidor enzimático intracelular em bactérias. / The type IV secretion system (T4SS) of the bacteria family Xanthomonadaceae transfers effectors (X-Tfes) with that can kill other bacterial cells, conferring an advantage to the bacterial community during colonization of different niches in the soil or on the plant surface. The X-Tfes possess different putative domains with hydrolytic activity against components of the bacterial cellular envelope, including glycohydrolase, transglycolase, amidase and lipase domain. The innate biological activity of X-Tfes can cause intracellular damage. Therefore, the bacteria that produce them also produce lipoproteins with inhibitor function (X-Tfis) located in the periplasm for their protection. The genes that code for X-Tfes and X-Tfis are organized in operons that allow for their simultaneous expression. Among the X-Tfes of the phytopathogen Xanthomonas citri are Xac1918 and Xac0574. Xac1918 is carries a lysozyme superfamily domain, as well as a domain known as RTX (Repeats in Toxic) predict to bind calcium, while, Xac0574 has a domain belonging to the lipase 3 superfamily. Their possible inhibitors, Xac1917 e Xac0573 respectively, carry an N-terminal signal peptide containing a lipobox found in bacterial lipoproteins. The Xac0574 and Xac0573 proteins are both monomers in solution, They can form a stable 1:1 complex, that is thermodynamically favored (ΔG°= -12 Kcal/mol) with a dissociation constant of 2,45 nM. This affinity ensure that the bacterium is protected against the harmful effects of Xac0574 when it is produced intracellularly. We show that Xac0574 is a phospholipase A1, without lisophospholipase activity, and is able to hydrolyze the three most common phospholipids found in the membranes of Gram negative bacteria, namely phosphatidylglycerol (PG), cardiolipin and phosphatidylethanolamine (PE), presenting an apparent preference for PE. The enzymatic activity of Xac0574 explains the strong inhibition of growth of E. coli cells after its heterologous induction: a nearly 10-fold decrease in the cell population is observed when compared to the non-induced culture with the same construct. On the other hand, Xac0573 effectively inhibits the enzymatic activity of Xac0574. Furthermore, Xac0573 does not possess when forming the complex, besides not having phospholipase nor lysophospholipase activity.Crystals of Xac1918 and Xac0573 were produced which diffracted with to resolution of 3.0 and 2.5 Å, respectively. However, we were able to resolve the structure of only Xac0573. Xac0573 is composed of two anti-parallel sheet that form a β-sandwich with three small helices. An alignment to Xac0573 homologs identified conserved regions at the ends of the protein that constitute two possible interfaces of interaction that may be responsible for blocking the access of the phospholipids to the catalytic site or impede the structural rearrangements of Xac0574 that are necessary for its enzymatic activity. Additionally, the topology of Xac0573 is similar to that to C2 domains, known in eukaryotes to bind lipids and calcium and to be involved in signaling processes mediated by lipid second messengers, membrane trafficking and membrane fusion mechanisms. Our results point to a new biological function of the C2 domain as an intracellular enzyme inhibitor in bacteria.

A citricultura é de grande importância para as atividades agrícolas brasileiras, uma vez que o Brasil é o principal produtor e exportador de suco de laranja. O cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é um grave problema nesse setor, causando um elevado prejuízo na produção de frutos e seus derivados. O fator sigma é a subunidade da RNA polimerase que tem a função de direcionar o núcleo da RNA polimerase a uma classe específica de sequências promotoras. Como a maioria das bactérias sintetiza diversos fatores sigma, essa característica proporciona à bactéria a oportunidade de manutenção basal da sua expressão gênica, assim como, a regulação em resposta a alterações ambientais e a sinais durante o desenvolvimento bacteriano. O genoma de Xac codifica para 14 fatores sigma. Nesse presente trabalho, detectamos interações dos fatores σECF (Xac2814. Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) e seus fatores anti-σ cognatos (Xac2815. Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). Além disso, observamos interações entre o fator σFliA (Xac1933) e o anti-σFlgM (Xac1989), seu fator anti-σ cognato. A caracterização das cepas nocautes para alguns fatores σ apontaram o envolvimento do fator σ54Xac1969 no mecanismo de formação de flagelo, a contribuição do fator σECFXac1682 na resposta ao choque térmico e a participação do fator σECFXac2191 no crescimento bacteriano em condições de carência de ferro. / Citriculture is an important sector of the economy of the State of São Paulo. Citrus canker, caused by Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), is a devastating disease responsible for large agribusiness losses every year. several sigma factors. The sigma factor is the subunit of RNA polymerase that serves to direct the RNA polymerase core to a specific class of promoter sequences. Most bacteria code for more than one sigma factor, which provides the cell with the means by which to maintain basal gene expression while at the same time modulate the expression of specific genes in response in environmental changes and signals during bacterial growth. The Xac genome codes for 14 sigma factors which are the objects of study in this thesis. We demonstrate that many of the sigma factors of the σECF family (Xac2814, Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) interact with cognate anti- factors (Xac2815, Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). These sigma-anti-sigma pairs are all coded by neighboring genes. Interactions between the sigma factor σFliA (Xac1933) and anti-σFlgM (Xac1989) were also observed. Xac strains with gene knockouts for several sigma factors were produced. The characterization some these knockout strains point to the involvement of σ54Xac1969 in the biosynthesis of flagella, participation of σECFXac1682 in the ability to survive heat shock and involvement of σECFXac2191 in the response to iron deficiency.

Aeromonas spp. são bastonetes Gram negativos amplamente distribuídos nos ambientes aquáticos, com relatos de isolamento em água de abastecimento público e alimentos. Este micro-organismo possui potencial de causar doenças intestinais e extraintestinais cuja patogenicidade está associada a sua virulência multifatorial. Diversos determinantes de virulência de Aeromonas já foram identificados, incluindo sistemas de secreção de proteínas. O sistema de secreção tipo VI (SST6) é o mais recente sistema de secreção de proteínas identificado em bactérias cuja presença em estirpes no gênero Aeromonas pode implicar atividades de citotoxicidade para o hospedeiro, pois esse sistema é capaz de injetar moléculas efetoras dentro da célula, interferindo diretamente nos processos celulares. A fim de determinar a presença e analisar a distribuição dos genes hcp e vgrG codificadores das proteínas efetoras do SST6 em Aeromonas spp. o presente estudo examinou 119 cepas isoladas de diversas origens pela técnica da PCR após o desenho de oligonucleotídeos iniciadores específicos. Objetivamos ainda analisar a variabilidade genética interespecífica dos genes hcp e vgrG a partir de dados de sequenciamento. Os resultados obtidos indicaram a distribuição dos genes vgrG e hcp em 46% das cepas de Aeromonas hydrophila e Aeromonas caviae de diferentes origens. Entre as cepas de A. hydrophila a maior frequência foi observada nas cepas isoladas de humanos, onde todas foram positivas para os iniciadores que amplificaram um produto de 541 pb do gene vgrG e 418 pb do gene hcp. Entre as cepas de A. caviae, a incidência de genes vgrG e hcp foi mais elevada nas cepas isoladas de alface (60%) e peixes (50%). As cepas analisadas de origem ambiental apresentaram índice total de 36% de positividade, apresentando frequência de 60% e 22% em A. hydrophila e A. caviae, respectivamente. Os dados obtidos da análise de cepas de origem alimentar mostraram a presença dos genes vgrG e hcp em 67% (A. hydrophila) e 60% (A. caviae) das cepas isoladas de folhas de alface. Nas cepas isoladas de queijo os genes foram encontrados em 67% e 12,5% das cepas de A. hydrophila e de A. caviae, respectivamente. O alinhamento múltiplo entre as sequências dos segmentos dos genes hcp e vgrG obtidas no sequenciamento indicou grau de identidade nucleotídica de 75 a 100% entre as sequências de hcp e 80 a 100% entre as sequências de vgrG. Em conclusão, nossos resultados indicaram que os iniciadores desenhados foram capazes de detectar suas sequências alvo em cepas de A. caviae e outras espécies de Aeromonas, sugerindo a existência de homologia entre os genes nas diferentes espécies, confirmada após sequenciamento de DNA. Os dados indicaram que esses genes estão distribuídos em várias espécies de Aeromonas e em cepas isoladas de diversas fontes. Ressaltamos a prevalência de cepas de A. hydrophila PCR-positivas em isolados clínicos, sugerindo a participação do SST6 no complexo universo da virulência multifatorial que permeia esse micro-organismo / Aeromonas species are Gram negative bacilli distributed widely in aquatic environments, with reports of isolation of this microorganism in water for public supply and food. Aeromonas have the potential to cause intestinal and extra intestinal infections whose pathogenicity is associated with multifactorial virulence. A number of virulence determinants have already been identified in Aeromonas, including protein secretion systems. The type VI secretion system (T6SS) is the most recent pathway to secrete proteins identified in bacteria. The presence of T6SS in Aeromonas strains may involve activities of cytotoxicity to the host, since this system is capable of injecting effectors molecules into the cell, interfering directly with a variety of cellular processes. The present study examined 119 strains of different origins by PCR, after the design of specific primers, to determine the distribution of vgrG and hcp genes encoding the effector proteins of T6SS in Aeromonas spp. We aimed to further analyze the interspecific sequence variation of hcp and vgrG genes based on sequencing data. The results show the presence of hcp and vgrG genes in 46% of A. hydrophila and A. caviae strains from different sources. All A. hydrophila strains isolated from humans were positive for the primers used to amplify a product of 541 bp and 418 bp of vgrG and hcp genes, respectively. Among A. caviae strains, the incidence of hcp and vgrG genes was high in the strains isolated from lettuce (60%) and fish (50%). The overall PCR-positive rate of strains from environmental source was 36%, with a frequency of 60% and 22% in A. hydrophila and A. caviae, respectively. The data obtained from analysis of food-borne strains showed the presence of hcp and vgrG genes in 67% (A. hydrophila) and 60% (A. caviae) of strains isolated from lettuce, while in the strains isolated from cheese the frequency was 67% (A. hydrophila) and 12.5% (A. caviae). The multiple alignment of hcp and vgrG sequences obtained revealed nucleotide identity rate between 75-100% among the hcp sequences and 80-100% in vgrG sequences. In conclusion, our results indicate that the primers designed were able to detect their target sequences in strains of A. caviae and other Aeromonas species, suggesting the existence of homology between genes in different species, as confirmed after DNA sequencing. The data indicate that these genes are distributed in various Aeromonas species from different sources. We emphasize the prevalence of PCR-positive A. hydrophila strains in clinical samples suggesting the involvement of T6SS in the complex universe of multifactorial virulence, which permeates this microorganism

Symbioses between microbes and multicellular eukaryotes are found in all biomes, and encompass a spectrum of symbiotic lifestyles that includes parasitism and disease, commensalism, and mutually beneficial interdependent host-microbe relationships. Regardless of outcome, these symbiotic lifestyles are governed by a complex molecular "courtship" between microbe and potential host. This courtship is the primary determinant of the host range of a given microsymbiont. Host immunity poses a formidable barrier to the establishment of host-microbe relationships, and the majority of microbial suitors will be thwarted by it. Only by successfully "wooing" the host cell's immune defenses with the appropriate molecular signals can a microsymbiont successfully colonize its host. A strategy common to microsymbionts across the spectrum of symbiotic lifestyles and host organisms is the delivery of microbial-encoded effector proteins into the cytoplasm of host cells to manipulate the host cell's molecular machinery for the purposes of subverting host immunity. Bacteria, in particular, have adapted a number of secretion systems for this purpose. The most well-characterized of these is the type III secretion system (T3SS), a molecular apparatus that specializes in injecting type III effector (T3Es) proteins directly into host cells. The work in this thesis focuses on T3Es of plant-associated bacteria, with particular emphasis on mutualistic bacteria. We present evidence that collections of T3Es from Sinorhizobium fredii and Bradyrhizobium japonicum are, in stark contrast to those of phytopathogenic bacteria, in a co-evolutionary equilibrium with their hosts. This equilibrium is characterized by highly conserved T3E collections consisting of many "core" T3Es with little variation in nucleotide sequence. The T3Es of Mesorhizobium loti MAFF303099 suggest a completely different picture of the evolution of T3Es. MAFF303099 recently acquired its T3SS locus, and the work in this thesis provides an evolutionary snapshot of a mutualist that is innovating a T3E collection primarily through horizontal gene transfer. Collectively, this work represents the first comprehensive catalog of T3Es of rhizobia and, in the case of Sinorhizobium and Bradyrhizobium, the first evidence of purifying selection for T3Es. / Graduation date: 2012

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa that is translocated into host cell cytosol by the type three secretory system, has been associated with severity of acute infections. We have previously described the potent ExoU proinflammatory activity, which accounts for a market recruitment of neutrophils to infected tissues. In this present study, the effect of ExoU on the activation of the transcriptional factor NF-B and on the regulation of the expression and secretion of the chemokine IL-8 was investigated in human epithelial respiratory and endothelial cell cultures infected with the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa or with the bacterial mutant with the deletion of the exoU gene PA103exoU. By semi-quantitative RT-PCR, ExoU was shown to significantly increase the expression of IL-8 mRNA. By electrophoretic mobility shift assay (EMSA), supershift and reporter assay ExoU was shown to induce the nuclear translocation of the NF-κB p65/p50 transactivator heterodimer as well as the NF-κB-dependent transcriptional activity. In addition, treatment both the IL-8 mRNA expression and the protein secretion. Together, our results show that ExoU activates NF-B and stimulates IL-8 expression and secretion by P. aeruginosa-infected human epithelial respiratory and endothelial cells