Functional diversity of Legionella pneumophila Dot/Icm Effector SdhA in Galleria mellonella model

Abstract

Legionella pneumophila é o principal agente da Doença dos Legionários, uma pneumonia severa e ocasionalmente mortal. Esta bactéria gram negativa, é ubíqua em ambientes aquáticos não salinos e em sistemas artificiais de água, replicando-se dentro de protozários aquáticos (principalmente amebas), mas também dentro de macrófagos alveolares humanos.A virulência de L. pneumophila depende da sua capacidade de remodelar o vacuolo fagocítico, denominado “Legionella-containing vacuole” (LCV), para criar um nicho replicativo prevenindo a fusão do fagossoma com o lisossoma, evitando assim o sistema imunitário do hospedeiro. Para realizar estas tarefas, L. pneumophila efectua a translocação de numerosos efectores bacterianos para a célula hospedeira através do sistema de secreção Dot/Icm Tipo IV (T4BSS). Este sistema de secreção é responsável pela translocação um vasto número de efectores que modulam diversas atividades da célula hospedeira. Apesar do elevado número de efetores identificados, apenas alguns são considerados críticos para o crescimento intracelular da bactéria, como a proteína SdhA. Esta proteína é importante para a manutenção da integridade do LCV em macrófagos, uma vez que na sua ausência o LCV é fragmentado resultando na morte da célula hospedeira e da bactéria.Nos últimos anos o uso de Galleria mellonella como um modelo de infeção para o estudo de agentes patogénicos tem aumentado devido a existência de uma correlação entre a virulência de bactérias patogénicas em insetos e nos modelos em mamíferos. Neste inseto, a mortalidade induzida por L. pneumophila é dependente da dose e do sistema de secreção Dot/Icm T4BSS funcional. Para além disso, a utilização de G. mellonella na determinação da função e relevância de efetores do Dot/Icm T4BSS, como o SdhA, na virulência desta bactéria já foi demonstrada.O objetivo principal deste estudo foi determinar se o efetor SdhA translocado por Dot/Icm T4BSS e crucial para a virulência de L. pneumophila em G. mellonella, é está envolvido em diferenças de virulência em estirpes de L. pneumophila não relacionadas, isoladas de diferentes ambientes e com origens genéticas distintas, usando a larva G. mellonella como um modelo de infeção.Neste estudo verificámos que a virulência da maioria das estirpes de L. pneumophila é dependente do efetor SdhA. Para além disso, a relevância deste efector na infeção por L. pneumophila variou entre as estirpes analisadas. Assim, concluímos que o efector SdhA é responsável pelos níveis distintos de virulência observados entre estirpes de L. pneumophila isoladas de ambientes distintos e com diferentes contextos genéticos. Adicionalmente, detetámos pela primeira vez a existência de redundância funcional para SdhA na infeção em G. mellonella entre estirpes de L. pneumophila

Legionella pneumophila is the major agent of Legionnaire´s Disease (LD) a severe and occasionally fatal pneumonia. This gram negative bacteria that is ubiquitous in freshwater environments and in many man-made water systems, replicates within aquatic protozoa (mainly amoeba), but also within human alveolar macrophages.L. pneumophila virulence depends on the ability to use the phagocytic vacuole, namely Legionella-containing vacuole (LCV), to create a replicative niche preventing phagosome-lysosome fusion and evade the host immune system. To accomplish these tasks L. pneumophila translocate numerous bacterial effectors into the host cell though Dot/Icm Type IV Secretion System (TB4SS). This secretion system is responsible for the translocation of vast number of effectors that modulate diverse host cell functions. Despite this large number of recognized effectors only a few are considered to be critical for intracellular growth and disease, such as SdhA protein. This protein is crucial for the maintenance of LCV integrity in macrophages, since in the absence of this effector occurs the LCV disruption resulting in the death of both host cell and bacterium.An increase in use of G. mellonella as an infection model for human pathogens occurred in the last year due the existence of a large correlation between virulence of bacterial pathogens in the insect and in mammalian models. In this insect, mortality induced by this L. pneumophila is both dose and functional Dot/Icm T4BSS-depedent. Moreover, the suitability of G. mellonella to determine the role of Dot/Icm T4BSS effectors, such SdhA, in virulence of this bacterium was already demonstrated.The main objective of this study was to determine if the role of the crucial virulence-related Dot/Icm T4BSS effector SdhA induce different levels of virulence among unrelated L. pneumophila strains, isolated from different environments and with distinct genetic backgrounds, using G. mellonella larvae as an infection model.In this study the majority of L. pneumophila strains induced a sdhA-dependent larval mortality. In addition, relevant differences on the role of sdhA were observed among the studied strains. In sum, SdhA induced different levels of virulence among unrelated L. pneumophila strains in G. mellonella infection. Importantly, some degree of functional redundancy towards SdhA was detected for the first time in a L. pneumophila strain.