Bacteriana c

Microbiologia da Natureza (2023)Cite este artigo

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A maioria dos micróbios evoluem mais rapidamente do que os seus hospedeiros e devem, portanto, impulsionar a evolução das interações hospedeiro-micróbio. No entanto, relativamente pouco se sabe sobre as características que definem o caminho adaptativo dos micróbios para a associação hospedeira. Aqui identificamos características microbianas que medeiam a adaptação aos hospedeiros, evoluindo experimentalmente a bactéria de vida livre Pseudomonas lurida com o nematóide Caenorhabditis elegans como hospedeiro. Após dez passagens, observamos repetidamente a evolução de bactérias benéficas especializadas em hospedeiros, com a melhora da persistência no nematóide associada ao aumento da formação de biofilme. O sequenciamento do genoma completo revelou mutações que regulam positivamente o segundo mensageiro bacteriano, o diguanilato cíclico (c-di-GMP). Posteriormente, geramos mutantes com c-di-GMP regulado positivamente em diferentes cepas e espécies de Pseudomonas, o que aumentou consistentemente a associação com o hospedeiro. A comparação dos genomas das pseudomonas de vários ambientes revelou que o c-di-GMP está na base da adaptação a uma variedade de hospedeiros, desde plantas até humanos. Este estudo indica que o c-di-GMP é fundamental para o estabelecimento da associação hospedeira.

Os microrganismos associados ao hospedeiro têm efeitos importantes no funcionamento fisiológico e na aptidão dos seus hospedeiros vegetais e animais . Essas interações hospedeiro-microbiota são frequentemente estudadas usando uma visão centrada no hospedeiro, com foco nas funções do hospedeiro mediadas pela microbiota. Esta visão negligencia o facto importante de que a maioria dos micróbios evoluem mais rapidamente do que os seus hospedeiros devido aos seus tempos de geração mais curtos e às taxas de mutação mais elevadas, e assim que as melhorias na aptidão dos micróbios podem impulsionar desproporcionalmente as associações4. Um passo importante na evolução de uma associação hospedeiro-micróbio é o surgimento de uma interação mais especializada que permite que bactérias de vida livre entrem de forma confiável no hospedeiro, persistam e finalmente sejam liberadas no ambiente para colonizar novos hospedeiros (Fig. 1a)4 . Até agora, pouco se sabe sobre as características e processos moleculares que determinam como as bactérias se adaptam a tal associação com o hospedeiro.

a, Os micróbios associados ao hospedeiro transitam de uma fase de vida livre para uma associação de hospedeiro, esta última compreendendo entrada, persistência e liberação do hospedeiro. Seis populações de P. lurida foram passadas dez vezes através destes estágios com o hospedeiro C. elegans (EVOhost) ou sem o hospedeiro como controle (EVOctrl). b, As populações bacterianas adaptadas ao hospedeiro aumentaram significativamente a aptidão (dada como cfus por verme) em relação ao ancestral (testes t bilaterais e comparações post hoc de Tukey corrigidas por FDR, 6 réplicas por tratamento). c, As bactérias evoluídas permanecem benéficas para o hospedeiro, determinado pelo crescimento da população de nematóides (teste t bilateral, 6 réplicas por tratamento). d, Um morfotipo de colônia enrugado só surgiu durante a adaptação do hospedeiro e domina dentro dos vermes (comparação da abundância de morfotipos dentro dos tratamentos: modelos lineares generalizados e teste post hoc de Tukey corrigido por FDR, 6 réplicas por tratamento). e, bactérias especialistas em hospedeiro evoluídas (marcadas com dTomato fluorescente vermelho) colonizam o intestino do verme (vesículas autofluorescentes em células intestinais de nematóides em ciano). Barra de escala, 10 μm. f, o PCA das principais características do ciclo de vida associado ao hospedeiro (em a) revela um perfil distinto para especialistas em hospedeiros enrugados evoluídos em comparação com bactérias ancestrais (ver Tabela Suplementar 5 para medições de características individuais). b – d, Boxplots mostram mediana (linha central), quartis superior e inferior (limites de caixa) e intervalo interquartil (bigodes).

Estudamos a transição evolutiva da vida livre para a associação hospedeira através da evolução experimental controlada, usando a bactéria Pseudomonas lurida e o hospedeiro nematóide Caenorhabditis elegans como modelo. Esta bactéria é ocasionalmente encontrada na microbiota natural de C. elegans5,6. Em condições laboratoriais, a presença de P. lurida está associada ao aumento das taxas de crescimento populacional de C. elegans e pode fornecer proteção contra patógenos, mas tanto o hospedeiro quanto a bactéria podem proliferar um sem o outro e, portanto, não dependerem um do outro5,7,8 . Para selecionar bactérias adaptadas ao hospedeiro, passamos em série 6 populações de P. lurida com ou sem uma fase associada ao hospedeiro (Fig. 1a; EVOhost ou EVOctrl, respectivamente). Todas as populações foram inoculadas a partir do mesmo ancestral clonal. Após 10 passagens pelos hospedeiros, as bactérias atingiram em média 5 a 10 vezes maior carga bacteriana no hospedeiro do que seu ancestral, uma mudança significativa não observada para o controle que evoluiu sem exposição aos hospedeiros, mas por outro lado tinha condições idênticas (Fig. 1b e Estendido Dados Fig. 1). O aumento da aptidão bacteriana não teve um custo para o hospedeiro, uma vez que o crescimento da população de nematóides (usado como proxy para a aptidão dos nematóides) não mudou significativamente, mas aumentou na presença das bactérias adaptadas (Fig. 1c).