A modularidade do fago tailspike e a transferência horizontal de genes revelam especificidade para E. coli O

Virology Journal volume 20, número do artigo: 174 (2023) Citar este artigo

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A interação entre bacteriófagos e seus hospedeiros é complexa e altamente específica. Proteínas de ligação ao receptor (RBPs) de fagos, como fibras da cauda e pontas da cauda, ​​iniciam o processo de infecção. Esses RBPs se ligam a diversas estruturas da membrana externa, incluindo o antígeno O, que é um componente à base de açúcar específico do sorogrupo da camada externa de lipopolissacarídeos de bactérias Gram-negativas. Entre as cepas de Escherichia coli mais virulentas está o patótipo E. coli produtor de toxina Shiga (STEC) dominado por um subconjunto de sorogrupos de antígeno O.

Extensas análises filogenéticas e estruturais foram utilizadas para identificar e validar correlações de especificidade entre subtipos de fagos RBP e sorogrupos de antígeno O STEC, baseando-se no princípio da transferência horizontal de genes como principal impulsionador para a evolução de RBP.

Identificamos subtipos de RBP específicos do antígeno O para sete dos nove sorogrupos STEC mais prevalentes (O26, O45, O103, O104, O111, O145 e O157) e sete sorogrupos adicionais de E. coli (O2, O8, O16, O18, 4s/ O22, O77 e O78). Oito gêneros de fagos (Gamaleya-, Justusliebig-, Kaguna-, Kayfuna-, Kutter-, Lederberg-, Nouzilly- e Uetakeviruses) surgiram por sua alta proporção de RBPs específicos de sorogrupos. Além disso, revelamos motivos de sequência na região RBP, servindo potencialmente como hotspots de recombinação entre fagos líticos.

Os resultados contribuem para uma melhor compreensão do mosaicismo de RBPs de fagos, mas também demonstram um método para identificar e validar novos subtipos de RBP para sorogrupos emergentes atuais e futuros.

Bacteriófagos (ou fagos) são vírus que infectam bactérias. A relação fago-hospedeiro é específica e complexa. Proteínas de ligação ao receptor (RBPs) de fagos, como fibras da cauda e pontas da cauda, ​​são as primeiras proteínas do fago a interagir com o hospedeiro, iniciando o processo de infecção. Essas proteínas podem ligar especificamente estruturas da parede celular externa de bactérias, como polissacarídeos capsulares (CPS) [32, 57] ou lipopolissacarídeos (LPS) [21], ácidos (lipo) teicóicos, proteínas da membrana externa, flagelos ou pili [54]. As fibras da cauda geralmente adotam uma forma fibrosa e compreendem um domínio distal que se liga ao receptor, enquanto as pontas da cauda são tipicamente mais curtas e contêm um domínio enzimático que também degrada seu receptor após a ligação [12]. Neste trabalho utilizamos o termo abrangente RBP devido à informação inconsistentemente disponível sobre a presença de tal atividade enzimática. Enquanto a maioria dos fagos codifica um ou dois RBPs, alguns fagos polivalentes expressam múltiplos RBPs, formando uma estrutura RBP ramificada. Cada um desses RBPs reconhece um receptor diferente, permitindo que o fago infecte vários hospedeiros [17, 31, 41, 45, 53].

Numerosos fagos que infectam Escherichia coli codificam RBPs direcionados à camada externa do LPS, chamada antígeno O. Quando este factor de virulência está presente na parede celular externa de E. coli, a estrutura é referida como LPS liso. Uma alta variabilidade do sorogrupo do antígeno O com 176 estruturas diferentes foi atualmente descrita para cepas lisas de E. coli [37]. Entre as cepas de E. coli mais patogênicas está o patótipo E. coli produtor de toxina Shiga (STEC), sendo uma das principais causas de doenças gastrointestinais em todo o mundo. A prevalência de certos antígenos O associados a este patotipo varia ao longo do tempo, bem como à localização geográfica. A importância do STEC foi reconhecida em 2015 pela Organização para Alimentação e Agricultura (FAO) das Nações Unidas e pela Organização Mundial da Saúde (OMS). O serogrupo O157 é o serotipo mais prevalente nos Estados Unidos, embora a percentagem de serogrupos não-O157 continue a crescer. Em 2020, foram notificados mais casos de STEC com o serogrupo O26 do que casos portadores do serogrupo O157 na Europa [13]. Além disso, podem ocorrer surtos isolados de STEC de novos serogrupos emergentes, como o surto de STEC do serogrupo O104 na Alemanha em 2011 [28]. Outros serogrupos não-O157 importantes associados a doenças humanas incluem O45, O91, O103, O104, O111, O145 e O146, com prevalência diferente nos EUA versus Europa [15, 16].