Phenotypic heterogeneity in Salmonella enterica: biological implications of a phase-variable system

• Autores: Rocío de la Encarnación Fernández Fernández
• Directores de la Tesis: María Antonia Sánchez Romero (dir. tes.), Carmen del Rosario Beuzón López (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 233
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  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • Esta tesis está basada en investigaciones previas de nuestro grupo de investigación sobre el operón opvAB de Salmonella enterica. La transcripción de este locus está sujeta a variación de fase y genera dos subpoblaciones de células que presentan diferencias fenotípicas en la longitud del antígeno O del lipopolisacárido: la subpoblación OpvABOFF, que tiene el antígeno O estándar, y la subpoblación OpvABON, que exhibe un antígeno O más corto. El operón opvAB está presente en la especie S. enterica y ha sido identificado en las subespecies arizonae, diarizonae, salamae y enterica en una única copia dentro del mismo contexto cromosómico. La secuencia opvAB de S. enterica está muy conservada en comparación con la secuencia de otros operones que codifican estructuras de superficie, como los locus std y gtr. La diversidad observada en el locus opvAB está relacionada principalmente con sustituciones y los elementos cruciales en la regulación de la expresión de opvAB se encuentran conservados casi en el 100% de las secuencias. Al analizar los mecanismos de selección natural, los resultados indican que la selección purificadora podría estar actuando sobre ambos genes del locus, opvA y opvB. El mecanismo de selección purificadora está generalmente asociado con una disminución de la diversidad de la secuencia y no sería lo esperado para un locus que codifica proteínas de las envolturas celulares, como es el opvAB. Sin embargo, dado que los elementos básicos de la secuencia reguladora se encuentran altamente conservados, el mecanismo de variación de fase se mantiene seleccionado. La variación de fase del locus opvAB podría ser suficiente para generar una diversidad fenotípica en las envolturas celulares que permitiera su adaptación a diversos ambientes. Este mecanismo de variación epigenética podría considerarse una estrategia adaptativa alternativa a la selección diversificadora que actúa sobre otros loci relacionados con los antígenos de superficie. Los experimentos de evolución en el laboratorio revelaron que, tras casi doscientas generaciones en presencia constante de fago, la variación de fase de opvAB se pierde y el mecanismo de resistencia a fagos es predominantemente mutacional. En cambio, cuando el contacto con fagos es fluctuante, la biestabilidad de opvAB se mantiene transcurridas un número similar de generaciones. Así mismo, los resultados de esta tesis mostraron que la versatilidad y reversibilidad en la expresión del operon opvAB permiten una adaptación rápida cuando las poblaciones bacterianas se enfrentan a multitud de situaciones ambientales (supervivencia en suero y proliferación celular en macrófagos fueron estudiadas). Estas observaciones ilustran el valor adaptativo de la heterogeneidad fenotípica generada por la variación epigenética como una estrategia para evitar la mutación. Además, nuestro estudio proporciona apoyo experimental a los modelos teóricos basados en la teoría de juegos que predicen que la heterogeneidad fenotípica resulta muy costosa en ambientes constantes, pero es beneficiosa en ambientes cambiantes. Finalmente, esta tesis aborda la importancia de la longitud del antígeno O del lipopolisacárido en la supervivencia de Salmonella en presencia de diferentes compuestos antimicrobianos. Dependiendo de las propiedades del antibiótico, las células con el antígeno O normal (OpvABOFF) o más corto (OpvABON) presentan diferencias en cuanto a su comportamiento en presencia del antimicrobiano. Curiosamente, en presencia de algunos antibióticos, el mantenimiento de las dos subpoblaciones fenotípicamente diferentes (OpvABOFF y OpvABON) resulta beneficioso para la supervivencia de la población. En estos casos, se ha observado la aparición de una estructura bacteriana organizada, compatible con la de un biofilm. Nuestros hallazgos nos llevan a sugerir que esta estructura bacteriana formada por células OpvABOFF y OpvABON podría presentar funciones especializadas que determinarán un mayor grado de protección de las células de Salmonella al antibiótico presente en el medio. Por lo tanto, la formación de biofilms dependiente de variación de fase podría ser agregada a la lista de factores que limitan la eficacia de los tratamientos antibióticos contra Salmonella.