Colesterolul nu este o sursă esențială de nutriție pentru Mycobacterium Tuberculosis în timpul infecției

ABSTRACT

Rv1106c (hsd; 3β-hidroxisteroid dehidrogenază) este necesară de Mycobacterium tuberculosis pentru creșterea colesterolului ca singură sursă de carbon, în timp ce Rv3409c nu este. Mutația Rv1106c nu reduce creșterea Mycobacterium tuberculosis la macrofagele infectate sau la cobai. Concluzionăm că colesterolul nu este necesar ca sursă nutrițională în timpul infecției.

esențială

Mycobacterium tuberculosis este un actinomicet nocardioform și este o bacterie intracelulară facultativă care infectează de obicei macrofagele gazdă. M. tuberculoza a evoluat împreună cu oamenii și persistă în ciuda acțiunilor sistemului imunitar. Supraviețuirea M. tuberculosis necesită adaptare la micro-mediu gazdă (14). În mediul intracelular, M. tuberculosis trece de la un metabolism pe bază de carbohidrați la unul pe bază de acizi grași (3, 15, 21), iar în cultură, M. tuberculosis va crește pe colesterol ca singură sursă de carbon (18). Un rol al colesterolului în mediul intracelular ar putea fi ca sursă de carbon, de exemplu, catabolism în acetat și propionat (5, 24, 25). În plus, colesterolul poate servi ca element de bază pentru structuri complexe, de exemplu, lipide și hormoni prin anabolism.

Prin profilarea transcripțională (16, 24), analiza bioinformatică și analiza metabolică a altor actinomicete (9), a fost schițată o cale metabolică parțială pentru metabolismul colesterolului în M. tuberculosis. Primul pas este conversia colesterolului în cholest-4-en-3-one (17) (Fig. 1). În Streptomyces spp. și Rhodococcus equi, această etapă este catalizată de colesterol oxidaze, care împărtășesc 60% identitate de aminoacizi și au structuri și mecanisme aproape identice (13, 20). Cel mai apropiat omolog al M. tuberculosis, Rv3409c, împărtășește doar 24% identitate de aminoacizi cu colesterolul oxidazele bine caracterizate din Streptomyces și Rhodococcus. Deși s-a raportat că lizatele celulare Mycobacterium smegmatis care supraexprimă Rv3409c conțin activitate de colesterol oxidază, caracterizarea enzimei purificate nu a fost raportată (4).

Reacția catalizată de M. tuberculosis 3β-hidroxisteroid dehidrogenază (HSD).

Nocardia spp. (10, 12), proteobacteriile (7) și cel mai probabil Rhodococcus jostii (19) utilizează o 3β-hidroxisteroid dehidrogenază pentru a cataliza conversia colesterolului în cholest-4-en-3-one. În M. tuberculosis, Rv1106c (hsd) este cel mai apropiat omolog (75% identitate cu enzima Nocardia, UniProtKB ID Q03704). Într-adevăr, am demonstrat în lucrările anterioare că Rv1106c codifică o 3β-hidroxisteroid dehidrogenază (HSD) funcțională care poate utiliza colesterol, pregnenolonă și dehidroepiandosteron ca substraturi (26). Aici, investigăm esențialitatea acestor gene pentru creșterea M. tuberculosis in vitro și in vivo.

În primul rând, am testat dacă creșterea in vitro cu colesterolul ca sursă de carbon necesită fie Rv3409c, fie hsd. (Protocoale experimentale detaliate pot fi găsite în materialul suplimentar.) Am constatat că hsd este necesar pentru creșterea colesterolului ca sursă unică de carbon în cultura bulionului, în timp ce mutantul Rv3409c a crescut la fel ca și tipul sălbatic (Fig. 2). Pentru a confirma în continuare neesențialitatea Rv3409c pentru creșterea colesterolului, am testat un mutant transposon M. smegmatis Rv3409c (myc11) (22) pentru creșterea colesterolului ca singură sursă de carbon pe plăcile de agar. Mutantul myc11 a format colonii la fel de ușor ca tulpina mc 2 155 de tip sălbatic (datele nu sunt prezentate).

Hsd, dar nu Rv3409c, este necesar pentru creșterea colesterolului ca singură sursă de carbon. Tulpinile au fost cultivate în mediu 7H9 conținând 1 mg ml -1 colesterol (în tiloxapol) la 37 ° C. Datele reprezintă rezultatele fiecărui experiment derulat în duplicat.

Complementarea mutantului hsd cu gena de tip sălbatic și 1.000 de baze în amonte de cadrul deschis de citire (26) a restabilit complet creșterea colesterolului (Fig. 2). Toate tulpinile au crescut în mod normal în mediu standard 7H9 suplimentat cu glicerol și 10% complex de albumină-dextroză-NaCl (ADN) (date neprezentate). Concluzionăm că hsd, dar nu Rv3409c, este necesar pentru creșterea colesterolului ca singură sursă de carbon.