Respostas bacterianas ao estresse oxidativo

A susceptibilidade bacteriana às ROS é bastante diversificada, revelando a existência de mecanismos de tolerância variados que podem estar presentes ou ausentes dependendo da espécie. Serão abordados a seguir alguns dos sistemas descritos mais importantes de detecção e neutralização do estresse oxidativo em bactérias, com ênfase nos processos encontrados nas actinobactérias.

1.4.1.1. Mecanismos de tolerância ao peróxido de hidrogênio

Um dos mecansimos de resposta mais bem estudados envolve a ação da catalase, enzima responsável pela conversão de peróxido de hidrogênio em moléculas atóxicas (H2O e O2). A bactéria E. coli é produtora de 2 catalases: uma monofuncional (HPI), codificada pelo gene katG, e outra com atividade peroxidase (HPII), regulada pelo gene rpoS.

Enquanto as catalases monofuncionais são amplamente distribuídas entre os seres-vivos, as catalases peroxidases são típicas de bactérias e fungos. Bactérias patogênicas intracelulares podem produzir catalase dentro do compartimento fagossômico em macrófagos, havendo evidências de que esta habilidade pode desempenhar um papel importante na virulência de patógenos catalase-positivos como M. tuberculosis e Nocardia asteroides (Leblond-Francillard et al., 1989).

A proteína OxyR, exemplo clássico de regulador redox em E. coli, consiste em importante sensor de peróxido de hidrogênio. A OxyR ativa um regulon de mais de 20 genes antioxidantes, incluindo enzimas de desintoxicação como hidroperoxidase I (katG), hidroperóxido alquil redutase (ahpCF) e enzimas redutoras de dissulfetos, como a glutationa (Hengst & Buttner, 2001). Em muitas bactérias, a transcrição do gene catalase-peroxidase é ativada pela OxyR, mas nem todas as actinobactérias apresentam este regulador funcional, caso de M. tuberculosis. Nesta bactéria, o gene correspondente a OxyR foi inativado pela ocorrência de múltiplas mutações e deleções. A catalase KatG do bacilo tubérculo, bem como os demais mecanismos de resposta ao estresse oxidativo presentes nesta bactéria, é regulada por um fator diferente de OxyR. Zahrt et al. (2001) demonstraram que a proteína FurA, reguladora de aquisição de ferro e codificada por um gene a montante de katG, regula negativamente a produção de katG. Portanto, para as micobactérias desprovidas de oxyR funcional, FurA aparenta ser um importante regulador de mecanismos de resposta ao estresse oxidativo (Zahrt et al. 2001).

1.4.1.2. Resistência ao íon superóxido

bactérias, a SOD C se encontra no espaço extracelular de bactérias patogênicas (Merkamm

& Guyonvarch, 2001). O envolvimento de SOD C com patogenicidade foi demonstrado para o bacilo Gram-negativo Burkholderia cenopacea. Patógeno oportunista, este organismo produz SOD C periplasmática capaz de protegê-lo contra ânions superóxido de origem exógena, contribuindo para sua sobrevivência durante a infecção de macrófagos (Keith &

Valvani, 2007). Gouliemos et al. (2003) construíram uma linhagem de E. coli capaz de super-expressar Cu,Zn SOD de mosca Drosophyla sechellia, enzima que demonstrou ser capaz de proteger a bactéria de danos causados pelo O2

após exposição ao agente oxidante dicloreto de paraquat.

M. tuberculosis possui 2 genes codificadores de superóxido dismutases: sodA e sodC. SodC é uma superóxido dismutase dependente de Cu e Zn localizada no envelope celular micobacteriano. A ausência de sodC aumenta a susceptibilidade de M. tuberculosis ao superóxido, ao óxido nítrico combinado a superóxido, e à morte por macrófagos murinos peritoneais ativados por interferon gama (IFN-g) (Piddington et al., 2001). Por outro lado, macrófagos selvagens inativados e macrófagos ativados por IFN-g mas deficientes para NOX2 (oxidase fagocítica) não mataram Mtb∆sodC, demonstrando que a superóxido dismutase dependente de Cu e Zn contribui para a resistência da bactéria contra produtos de ataque de macrófagos ativados.

1.4.1.3. Resistência à oxidação de grupos tiólicos

Um dos mecanismos antioxidantes mais difundidos, o sistema tioredoxina é responsável por manter os grupos tiol (-SH) de resíduos protéicos de cisteína em sua forma reduzida (Holmgren, 1989). Em adição a este sistema, a maior parte dos organismos apresenta compostostos tiol de baixo peso molecular que auxiliam na prevenção do estresse dissulfeto, sendo o mais importantes deles o tripeptídeo glutationa (GSH) (Newton et al., 1993).

Embora a glutationa não esteja presente nos actinomicetos, estes organismos desenvolveram um mecanismo próprio de resposta ao estresse dissulfeto, caracterizado pela modificação de grupos tiol em decorrência do estresse oxidativo. As actinobactérias apresentam a micotiol (MSH), poteína que presumivelmente apresenta potencial antioxidante similar à glutationa (Newton et al., 1996). Há indícios de que a MSH seja importante para a viruência de Mycobacterium tuberculosis, sendo que um dos genes responsáveis pela sua biosíntese - o mshD - parece ser essencial para o estabelecimento

do patógeno durante infecção de macrófagos (Rengarajan et al., 2005). Além disso, foi relatado que a MSH tem sua expressão aumentada durante a transição da fase exponencial para a fase estacionária de crescimento de M. Tuberculosis (Buchmeier et al., 2003).

Análises preliminares do genoma de C. psedotuberculosis (RGMG - Rede Genoma de Minas Gerais) revelaram a presença do gene codificador de MSH, no entanto, ainda não há evidências sobre o papel desta proteína na proteção contra o estresse oxidativo ou na virulência do organismo. Além dos sistemas tioredoxina e micotiol, outro mecanismo importante de proteção antioxidante presente em actinobactérias baseia-se na formação de grupos prostéticos ferro-enxofre (Fe-S), os quais podem atuar como cofatores na ativação de reguladores transcricionais envolvidos na ativação de genes de resposta ao estresse oxidativo.

Os hidroperóxidos de lipídeos promovem a formação de radicais lipídicos altamente reativos que podem afetar as propriedades da membrana celular. O mecanismo mais bem caracterizado de detecção e metabolização de hidroperóxidos de lipídeos, gerados em decorrência do estresse oxidativo, envolve a alquil hidroperóxido redutase (AhpC). Presente na maior parte das bactérias, esta enzima, que converte hidroperóxidos orgânicos em álcoois, se torna ativa quando reduzida pela ação da AhpF. Em M tuberculosis, tal redução ocorre pela ação da AhpD, uma molécula do tipo tiorredoxina que apresenta em seu sítio catalítico motivo CXXC (Bryk et al. 2002). Outra enzima recentemente descrita, a Ohr - organic hydroperoxide resistance -, reduz hidroperóxidos orgânicos aos seus respectivos álcoois de forma independente de tiol. Esta proteína, cuja expressão é controlada pelo regulador transcricional OhrR, está amplamente distribuída entre bactérias Gram-negativas e Gram-positivas (Girotti, 1998; Atichartpongkul et al., 2001). Streptomyces coelicolor, actinobactéria não patogênica, contém 3 genes parálogos a ohr, sendo que a região codificadora de um deles (ohrC) está flanqueada por um gene de ferredoxina (fdxA) e outro de fator σ^ECF (Oh et al., 2007).

1.4.1.4. Resposta à oxidação da molécula de DNA

desoxiguanina formada a partir de guanina. Enquanto a guanina apresenta afinidade pela citosina, a 8-oxo-desoxiguanina se liga com facilidade à adenina. Esta alteração da propriedade da base pode culminar em transversão de guanina para timina após a replicação do DNA. (Neeley & Essigmann, 2006). Em E coli, a defesa contra a 8-oxo-desoxiguanina envolve a ação principalmente das glicosilases MutM e MutY, as quais ativam um mecanismo de reparo conservado dentre organismos procarióticos e eucarióticos (Hazr et al., 2001). A MutM remove a 8-oxo-desoxiguanina ligada à citosina na cadeia-dupla de DNA, enquanto a MutY remove eventual adenina ligada à 8-oxo-desoxiguanina. A MutT, uma pirofosfohidrolase, também previne erros na replicação do DNA decorrentes do estresse oxidativo ao hidrolisar 8-oxodGTP livre a 8-oxo-dGMP (Michaels et al., 1991).

Em E. coli, a ativação de mecanismos de reparo de DNA está intimamente ligada a um complexo denominado rede SOS regulatória. Fazem parte desta rede de reparo cerca de 20 genes, os quais têm sua expressão inibida pela proteína LexA. Em E. coli, a formação de cadeias simples de DNA, em decorrência de danos ou da paralisação da replicação, ativa a proteína RecA, que por sua vez promove a inativação de LexA. O reparo do DNA lesionado pode acontecer pela recombinação homóloga ou pelo recrutamento da DNA polimerase promovido pela RecA ligada à cadeia simples (Salles & Paleoletti, 1983).