Role of wall teichoic acid glycosylations in Gram-Positive pathogens resistance to antimicrobial peptides and surface protein anchoring

Master Degree in Clinical Laboratory Biology

Gram-positive (Gram+) bacteria have become the most common human pathogens associated with increasing clinical infections due to the acquisition of new virulence properties and/or antimicrobial resistance. Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus are two important Gram+ pathogens accounting for a huge number of deaths among developed countries and their pathogenicity is provided by several virulence proteins, most of them associated with the cell wall. Gram+ cell wall is densely decorated with glycopolymers such as wall teichoic acids (WTAs), with key roles in bacterial physiology including protection against the activity of antimicrobial peptides (AMPs) and antibiotics. The WTAs display different non-essential sugar substituents, whose role is directly related with bacterial protection. In this work, we showed that the L. monocytogenes and S. aureus WTA glycosylations are required for resistance to AMPs and antibiotics. Moreover, we also found that in the absence of more than one WTA glycosylation the bacterial susceptibility is even more pronounced. Our data suggest that WTA-glycosylations promote a delay in the crossing of the bacteria cell wall by antimicrobial agents, possibly by decreasing the bacterial cell wall permeability. Additionally, we demonstrated that some bacterial WTA-glycosylations are crucial to maintain the levels of cell surface associated InlB and Ami, two important GW proteins previously related with bacteria virulence. Altogether, our data highlight the important role of WTA glycosylations in biological processes related with bacterial physiology and pathogenesis, thus suggesting that WTA substituents hold promise for anti-virulence drug targeting.

As bactérias Gram-positivas (Gram+) têm vindo a destacar-se no mundo moderno entre os agentes patogénicos mais comuns diretamente associados ao aumento de infeções clínicas. A aquisição de novos fatores de virulência por parte da bactéria bem como o desenvolvimento de resistência antimicrobiana destacam-se entre as causas mais frequentes desta realidade. Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus são exemplos de Gram+ patogénicos importantes, associados a elevadas taxas de mortalidade nos países desenvolvidos. A sua patogenicidade é conferida por várias proteínas, encontrando-se grande parte delas associadas à parede celular. Sabe-se que a parede celular das bactérias Gram+ é densamente decorada com glicopolímeros, entre os quais os ácidos teicóicos da parede (ATs), que desempenham importantes funções na fisiologia bacteriana, nomeadamente na defesa contra a atividade de substâncias antimicrobianas como os péptidos antimicrobianos (PAMs) e os antibióticos. Estudos recentes apontam para o importante papel das substituições dos ATs com açúcares não essenciais, na proteção bacteriana. No presente trabalho, demonstrámos que as modificações dos ATs, tanto em L. monocytogenes como em S. aureus, são cruciais para a resistência destas bactérias contra PAMs e antibióticos. Adicionalmente, revelámos que a ausência de mais que uma glicosilação dos ATs potencia a susceptibilidade bacteriana a substâncias antimicrobianas. Assim, os nossos resultados sugerem que as glicosilações dos ATs retardam a entrada de agentes antimicrobianos diminuindo a permeabilidade da parede celular bacteriana aos mesmos. Por fim, o nosso estudo confirmou que algumas modificações dos ATs são cruciais para manter os níveis proteicos de proteínas associadas à superfície celular, particularmente InlB e Ami, duas proteínas importantes ancoradas à parede celular através de uma região especifica composta por repetições de glicina-triptofano (domínio GW), inteiramente relacionadas com a virulência de L. monocytogenes. Concomitantemente, destacamos ainda o importante papel das glicosilações dos ATs em processos biológicos relacionados com a fisiologia bacteriana e a patogenicidade, sugerindo assim que os substituintes dos ATs são alvos promissores para fármacos direcionados para mecanismos de anti-virulência.