Open Access
Study of the molecular mechanisms underlying Bap-mediated cell-cell interactions in Staphylococcus aureus
(2016) Taglialegna, Agustina; Lasa Uzcudun, Íñigo; Valle Turrillas, Jaione; Producción Agraria; Nekazaritza Ekoizpena
La mayoría de los microorganismos son capaces de vivir en comunidades sésiles, siendo esta forma de crecimiento bastante más frecuente que la forma de vida planctónica. En estas comunidades microbianas, conocidas como biofilms, las células crecen adheridas a un sustrato y embebidas en una matriz exopolimérica que ellas mismas producen, y que confiere numerosas ventajas a la población: integridad estructural, protección ante factores externos, y control de la absorción de nutrientes. La composición de esta matriz extracelular es sumamente compleja, variando entre diferentes especies bacterianas y siendo muy susceptible a los cambios que puedan ocurrir en el ambiente circundante. Aproximadamente el 97% de la matriz es agua; el resto es una mezcla de nutrientes, metabolitos, productos de la lisis celular y polímeros secretados (polisacáridos, lípidos, DNA, proteínas). Staphylococcus aureus, una bacteria comensal y patógena causante de numerosas infecciones agudas y crónicas tanto en animales como en humanos, tiene la capacidad de desarrollar biofilms sobre una gran diversidad de superficies vivas e inertes. Esto representa para la bacteria un importante factor de virulencia que aumenta su persistencia y patogenicidad. Por ello, la sociedad científica ha dedicado grandes esfuerzos a lo largo de las ultimas décadas en descifrar la composición de la matriz extracelular estafilocócica, las características estructurales de sus elementos, así como las vías de regulación y los procesos moleculares que controlan su composición. Estudios recientes han puesto de manifiesto que las proteínas son uno de los componentes mayoritarios de la matriz extracelular de S. aureus, sin embargo, actualmente poco se sabe acerca de los aspectos relacionados con su organización espacial en la matriz del biofilm y de las interacciones moleculares con otros componentes de la matriz extracelular o de la célula huésped. En el presente trabajo, hemos estudiado los mecanismos moleculares mediante los cuales la proteína Bap (Biofilm associated protein) es capaz de inducir la interacción intercelular en S. aureus. Bap es una proteína de alto peso molecular que se encuentra anclada covalentemente a la superficie bacteriana mediante un mecanismo dependiente de la enzima sortasa. Hemos determinado que la proteína Bap interconecta células de S. aureus a través de un proceso de autoensamblaje que da lugar a agregados de tipo amiloide en respuesta a determinadas condiciones ambientales. Mas específicamente, nuestros resultados indican que Bap sufre un procesamiento en el que se liberan fragmentos que contienen la región N-terminal. Esta región tiene una conformación de tipo glóbulo fundido (molten-globule) que cambia a una estructura rica en láminas β cuando el pH se acidifica. El estado glóbulo fundido de los fragmentos N-terminales de Bap se caracteriza por poseer una estructura terciaria poco organizada. Sin embargo, cuando se organiza en laminas β tiene tendencia a polimerizar para formar fibras de tipo amiloide. La transición de Bap desde glóbulo fundido a lamina-β no ocurre en presencia de calcio. La unión del calcio a los dominios EF-hand presentes en la región N-terminal de Bap estabiliza la conformación de glóbulo fundido impidiendo la transición a lamina β y el subsecuente ensamblaje de las fibrillas amiloides. Estos resultados indican que Bap juega una doble función en el proceso de formación del biofilm, primero como sensor de condiciones ambientales externas, y segundo como modulo para la construcción de un andamiaje proteico que sustente la matriz del biofilm en determinadas situaciones ambientales. Este comportamiento multicelular dependiente de pH está conservado en proteínas Bap presentes en otros estafilococos coagulasa negativos. La existencia de proteínas homólogas a Bap en otras bacterias sugiere que este mecanismo de agregación amiloide como estrategia para formar la matriz del biofilm, está conservado en bacterias.
Open Access
Amyloid structures as biofilm matrix scaffolds
(American Society for Microbiology, 2016) Taglialegna, Agustina; Lasa Uzcudun, Íñigo; Valle Turrillas, Jaione; IdAB. Instituto de Agrobiotecnología / Agrobioteknologiako Institutua
Recent insights into bacterial biofilm matrix structures have induced a paradigm shift toward the recognition of amyloid fibers as common building block structures that confer stability to the exopolysaccharide matrix. Here we describe the functional amyloid systems related to biofilm matrix formation in both Gram-negative and Gram-positive bacteria and recent knowledge regarding the interaction of amyloids with other biofilm matrix components such as extracellular DNA (eDNA) and the host immune system. In addition, we summarize the efforts to identify compounds that target amyloid fibers for therapeutic purposes and recent developments that take advantage of the amyloid structure to engineer amyloid fibers of bacterial biofilm matrices for biotechnological applications.
Open Access
Staphylococcal Bap proteins build amyloid scaffold biofilm matrices in response to environmental signals
(Public Library of Science, 2016) Taglialegna, Agustina; Navarro, Susanna; Ventura, Salvador; Garnett, James A.; Matthews, Steve; Penadés, José R.; Lasa Uzcudun, Íñigo; Valle Turrillas, Jaione; IdAB. Instituto de Agrobiotecnología / Agrobioteknologiako Institutua
Major components of the biofilm matrix scaffold are proteins that assemble to create a unified structure that maintain bacteria attached to each other and to surfaces. We provide evidence that a surface protein present in several staphylococcal species forms functional amyloid aggregates to build the biofilm matrix in response to specific environmental conditions. Under low Ca2+ concentrations and acidic pH, Bap is processed and forms insoluble aggregates with amyloidogenic properties. When the Ca2+ concentration increases, metal-coordinated Bap adopts a structurally more stable conformation and as a consequence, the N-terminal region is unable to assemble into amyloid aggregates. The control of Bap cleavage and assembly helps to regulate biofilm matrix development as a function of environmental changes.

Taglialegna, Agustina

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