The mechanisms underlying Mycobacterium tuberculosis virulence granted by the nrp gene

Abstract

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the etiological agent of tuberculosis (TB), is a highly complex pathogen estimated to have caused more deaths than any other infectious agent throughout human existence. Despite global efforts to eradicate TB, this is still a leading cause of death by infectious disease, second only to the human immunodeficiency virus (HIV). Although public health measures have greatly diminished TB burden, the reality is that little has changed in anti-TB therapy and vaccination over the past decades. As an obligatory intracellular pathogen Mtb has co-evolved with its human host for over 70 thousand years. This timeframe has given Mtb ample opportunity to evolve its virulence mechanisms in order to thrive in the harsh conditions imposed by the immune system and eventually allowing its transmission between hosts. In light of this ancient history between host and pathogen, a greater understanding of Mtb and its interactions with the host will be required to develop more efficient anti-TB drugs and vaccines. In this work we have focused on the role of the Mtb protein Rv0101, a non-ribosomal peptide synthetase predicted to be involved in lipid metabolism and cell wall biogenesis, during infection. We found that mice infected with a Mtb mutant deficient for Rv0101 have a transient lower lung bacterial burden during the early stages of infection. Additionally, in mice infected with this strain the dissemination of the bacterium to the spleen was delayed and remained lower up to 90 days post-infection. These differences were accompanied by a diminished recruitment of activated CD4+ T cells, inflammatory monocytes and an overall lower immunopathology. Furthermore, mice with severely compromised or absent adaptive immune response were able to survive infection with this mutant strain at least twice as long as animals infected with the complemented strain. In summary, we have shown that Rv0101 is a virulence factor required by Mtb to optimally overcome the innate immune response of the host, in addition to being a potent inducer of immunopathology. Characterizing the role of key Mtb molecules in infection is urgently needed to understand how the pathogen overcomes and modulates the host immune response to allow for its persistence and transmission. In turn, this knowledge may provide good drug targets and a better rational for vaccine design.

O Mycobacterium tuberculosis (Mtb), agente etiológico da tuberculose (TB), é um agente patogénico altamente complexo sendo estimado que tenha levado a mais mortes que qualquer outro agente infeccioso ao longo da existência humana. Apesar de esforços globais para erradicar a TB, ela continua a liderar como uma das causas de morte por doença infecciosa, sendo ultrapassada apenas pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). Apesar de medidas de saúde pública terem diminuído o fardo da TB, a realidade é que nas ultimas décadas pouco mudou em termos da terapia anti-TB e vacinação. Como um patógeno intracelular obrigatório, o Mtb co-evoluiu com o seu hospedeiro humano durante mais de 70 mil anos. Esta janela temporal conferiu ao Mtb amplas oportunidades para evoluir os seus mecanismos de virulência de forma a prosperar no ambiente hostil imposto pelo sistema imune inato, eventualmente permitindo a sua transmissão entre hospedeiros. À luz deste história milenar entre hospedeiro e patógeno, uma maior compreensão do Mtb e das suas interacções com o hospedeiro serão necessárias ao desenvolvimento de antibióticos e vacinas mais eficientes. Neste trabalho focámo-nos no papel durante a infecção do Rv0101 do Mtb, uma sintetase peptídica não ribossomal previsivelmente envolvida em metabolismo lipídico e na biogénese da parede celular. Mostramos que ratinhos infectados com um mutante deficiente para o Rv0101 apresentam uma carga bacteriana temporariamente inferior durante o estágio inicial da infecção. Além disso, esses mesmos ratinhos apresentaram um aparecimento tardio da bactéria no baço e controlaram-na melhor pelo menos até ao dia 90 após a infecção. Estas diferenças foram acompanhadas por um recrutamento diminuído de células T CD4+, monócitos inflamatórios e em geral uma menor imunopatologia. Adicionalmente, ratinhos sem sistema imune adaptativo, ou com o mesmo severamente comprometido, infectados com com esta estirpe mutante conseguiram sobreviver pelo menos o dobro do tempo que aqueles infectados com a estirpe complementada. Resumidamente, mostramos que o Rv0101 é um factor de virulência do Mtb, necessário para uma óptima superação da resposta imune inata do hospedeiro, sendo também capaz de induzir diferenças imunopatológicas duradouras. A caracterização do papel de moléculas do Mtb durante a infecção será necessário para compreender como o patógeno supera e modula a resposta imunitária do hospedeiro, permitindo a sua persistência e transmissão. Por sua vez, este conhecimento pode providenciar bons alvos para novas drogas e assistir no desenho de novas vacinas.