A rigidez termorresponsiva do fago C22 modula a infectividade do fago

Nov 27, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13001 (2022) Cite este artigo

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Os bacteriófagos oferecem uma alternativa sustentável para o controle de doenças nas culturas. No entanto, a falta de conhecimento sobre os mecanismos de infecção por fagos torna o controle biológico baseado em fagos variado e ineficaz. Neste trabalho, questionamos a dependência da temperatura da infecção e o comportamento termorresponsivo do fago C22. Este podovírus do solo é capaz de lisar Ralstonia solanacearum, causando a doença da murcha bacteriana. Nós revelamos que o fago C22 pode infectar melhor a célula hospedeira patogênica quando incubado em baixas temperaturas (25, 30 °C) do que em altas temperaturas (35, 40 °C). A medição da rigidez do fago C22 revelou que a rigidez do fago em baixas temperaturas era 2 a 3 vezes maior do que em altas temperaturas. Além disso, os resultados de imagem mostraram que mais partículas de fago C22 foram aderidas à superfície da célula em baixas temperaturas do que em altas temperaturas, associando a rigidez do fago e a fixação do fago. O resultado sugere que a modulação da estrutura e da rigidez em resposta à mudança de temperatura melhora a infecção, fornecendo informações mecanísticas sobre o ciclo lítico do fago C22. Nosso estudo significa a necessidade de entender as respostas dos fagos ao ambiente flutuante para a implementação eficaz do biocontrole baseado em fagos.

A doença da murcha bacteriana causada por Ralstonia solanacearum destruiu culturas econômicas, incluindo batata, tomate, tabaco e pimenta, custando cerca de 1 bilhão de dólares americanos por ano1. Práticas convencionais como desinfecção do solo, correção do solo e rotação de culturas são trabalhosas e ineficazes devido à capacidade das bactérias patogênicas de sobreviver no solo por muito tempo e se propagar para regiões próximas por meio de canais de água2,3. O uso de produtos químicos e pesticidas para eliminar as bactérias inflige resíduos nocivos aos produtos consumíveis, à saúde humana e ao meio ambiente. Portanto, o controle biológico de Ralstonia solanacearum, causador da murcha, usando agentes antagonistas, ganhou interesse como uma alternativa segura4,5. Entre esses agentes, os bacteriófagos ou fagos líticos demonstram resultados promissores no controle dessas bactérias prejudiciais6,7,8,9. Os fagos têm como alvo células bacterianas hospedeiras específicas. Uma vez que todas as células hospedeiras são erradicadas, os fagos não serão mais replicados. Os fagos são geralmente reconhecidos como seguros (GRAS) e não tóxicos para eucariotos, tornando-os uma opção atraente para prevenir e tratar doenças de colheitas, incluindo a doença da murcha bacteriana10,11.

Apesar das vantagens do fago, o biocontrole mediado por fagos é subutilizado devido à sua eficácia variável12,13,14,15. O sucesso do biocontrole fágico depende da infecção da célula hospedeira bacteriana pelo fago, que é regida por vários fatores circundantes, como pH, íons e pressão osmótica16,17,18. Um fator influente em todos os microambientes é a temperatura. Os fagos usados ​​no controle biológico experimentam constantemente temperaturas flutuantes devido ao clima diário e variações sazonais nos campos agrícolas. A dependência da temperatura dos fagos foi previamente investigada. No entanto, o papel exato da temperatura na infecção por fagos permanece obscuro. Alguns fagos podem infectar melhor em suas temperaturas permissivas específicas19,20,21,22. O fago lambda infectando Escherichia coli e os fagos infectando Burkholderia pseudomallei infectaram suas células hospedeiras de forma mais eficaz e produziram mais fagos descendentes a cerca de 35–40 °C do que a cerca de 20–35 °C20,22. O estudo da lise celular de Pseudomonas fluorescens pelo fago ɸS1 mostrou maior taxa de infecção a 26 °C do que a 37 °C23. Por outro lado, alguns fagos são insensíveis à temperatura. O fago de miovírus T4 lisado efetivamente E. coli BL21 dentro de uma faixa de temperatura de 15 a 41 ° C24. O fago P100 infectando Listeria monocytogenes permaneceu infeccioso entre 4–60 °C25,26. O fago MR5 infectando Pseudomonas syringae, causador do cancro bacteriano, apresentou infectividade semelhante a 20, 27 e 37 °C27. Compreender como a temperatura afeta a infecção por fagos pode fornecer uma diretriz sobre o uso de biocontrole de fagos quando combinado com dados de previsão de temperatura e infecção6,28. Portanto, tentamos decifrar o papel da temperatura para fagos no uso de biocontrole.