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Apr 29, 2023

Uma tela de design de experimentos revela que Clostridium novyi

Volume de Biologia da Comunicação

Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 118 (2023) Cite este artigo

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Embora Clostridium novyi-NT seja uma bactéria anti-câncer terapêutica que germina dentro de tumores hipóxicos para matar células cancerígenas, os verdadeiros gatilhos de germinação para C. novyi-NT ainda são desconhecidos. Neste estudo, selecionamos germinantes candidatos usando designs experimentais combinatórios e descobrimos por acaso que a D-valina é um germinante potente, induzindo 50% de germinação de esporos a uma concentração de 4,2 mM. Investigações posteriores revelaram que cinco análogos de D-valina também são germinantes e quatro desses análogos são pares enantioméricos. Este efeito estereoflexível de L- e D-aminoácidos mostra que a germinação de esporos é um processo complexo onde as interações enantioméricas podem ser confundidas. Este estudo também identifica a L-cisteína como germinante e a hipoxantina e a inosina como co-germinantes. Vários outros aminoácidos promovem (L-valina, L-histidina, L-treonina e L-alanina) ou inibem (L-arginina, L-glicina, L-lisina, L-triptofano) a germinação de maneira dependente da interação. A D-alanina inibe toda a germinação, mesmo em meios de crescimento complexos. Este trabalho estabelece as bases para melhorar a eficácia da germinação de esporos de C. novyi-NT em tumores.

Clostridium novyi Tipo A é uma bactéria anaeróbia obrigatória formadora de esporos que causa mionecrose clostridial, cabeça grande e hepatite necrótica em ovinos, caprinos e suínos1. Notavelmente, é responsável por 'Dikkop' Swollen Head in ram, uma infecção que ocorre através de feridas infligidas entre carneiros jovens durante a luta, com a morte ocorrendo dentro de 48-72 h2. C. novyi é mais um patógeno em bovinos do que em humanos, com exceção de um surto esporádico de infecções entre usuários de drogas na Escócia, cuja heroína foi contaminada por esporos de C. novyi3.

C. novyi-NT, uma versão não letal da bactéria do tipo selvagem gerada pela atenuação de sua alfa-toxina, está atualmente em testes clínicos como uma terapêutica experimental para tumores sólidos4,5. O potencial terapêutico da C. novyi-NT deriva de sua capacidade de colonizar seletivamente as regiões hipóxicas (<0,5% de oxigênio) dos tumores e de exercer um efeito citotóxico localizado6. Embora outros clostrídios anteriores ao C. novyi-NT tenham sido investigados quanto ao seu efeito de eliminação de tumores, o C. novyi-NT foi o primeiro a ser administrado como esporos em vez de bastões vegetativos4. Além de ser relativamente não imunogênico, a administração de C. novyi-NT como esporos adiciona uma camada extra de especificidade do tumor porque a germinação é favorecida dentro do microambiente do tumor hipóxico4,6. Os esporos, estando dormentes, também são resistentes ao oxigênio que, de outra forma, os mataria em sua forma vegetativa6. Embora os esporos sejam, portanto, a forma clostridial ideal para terapia tumoral, pouco se sabe sobre o que faz um esporo de C. novyi-NT germinar, além da necessidade de um ambiente redutor. Além disso, o que torna C. novyi-NT um colonizador eficaz para alguns tumores, mas não para outros, permanece um mistério7.

Nosso conhecimento atual de esporos bacterianos e germinação é amplamente baseado nos gêneros Bacillus e Clostridium8,9. Em essência, as bactérias esporulam quando os recursos metabólicos são escassos, mas germinam quando prevalecem novamente as condições ricas em recursos. A capacidade de aguardar pacientemente o retorno de condições favoráveis ​​em um estado dormente encapsula a vantagem de sobrevivência das bactérias que esporulam. Em bactérias patogênicas, esse processo cíclico impulsiona a patogênese, uma vez que os esporos benignos infectam seus ambientes-alvo, germinando em suas formas vegetativas produtoras de toxinas10,11,12. A germinação pode ser dividida em duas fases13. O primeiro estágio começa com a interação de germinantes de nutrientes de moléculas pequenas com proteínas específicas chamadas de receptores de germinação (GRs). A ativação do GR causa a liberação de cátions monovalentes (H+, K+ e Na+) e dipicolinato de cálcio (CaDPA), bem como a hidratação parcial do núcleo do esporo. No segundo estágio, a camada do córtex do esporo é hidrolisada, levando à expansão do núcleo e hidratação completa, completando a transição da dormência. Posteriormente, o DNA, a síntese de proteínas e as principais vias metabólicas tornam-se ativos, resultando no crescimento da forma vegetativa14.