Characterization of bacterial heme oxygenase ChuS of probiotic strain E. coli Nissle 1917 and its potential therapeutic uses.

La Hemoxigenasa (HO) es una enzima que cataliza el metabolismo del grupo hemo. Los productos derivados de la reacción son biliverdina (Bv), monóxido de carbono (CO) y hierro (Fe++). Varias propiedades han sido descritas para esta enzima, tales como antioxidante, anti-proliferativa, anti-apoptótica y anti-inflamatoria. La mayoría de ellas están relacionadas con la producción de CO, el cual es capaz de atenuar la respuesta inmune mediante la reducción de la inmunogenicidad de las células dendríticas y la modulación de las poblaciones de células T. Esta enzima se asoció inicialmente con células de mamíferos, especialmente humanos (HO-1), pero algunos estudios han identificado hemoxigenasas bacterianas. Algunas cepas de E. coli tienen el gen chuS que codifica para una HO bacteriana llamada ChuS, que está localizada en un operón que regula la captación y absorción del grupo hemo, con la subsecuente producción de CO. Por otro lado, últimamente la influencia de la microbiota en la regulación del sistema inmune ha alcanzado mucha importancia, dada su capacidad de modular directa e indirectamente la función de las células inmunes. Es más, como parte de la microbiota, los probióticos tienen un rol clave promoviendo ambientes antiinflamatorios, actuando en contra los patógenos, modulando la función de barrera, incluso mejorando enfermedades autoinmunes. En ese sentido, E. coli Nissle 1917 (EcN) es un probiótico comercial ampliamente utilizado, originalmente enfocado al tratamiento de la inflamación intestinal. De manera interesante, el gen chuS está presente en el genoma de esta bacteria. El propósito de este proyecto es evaluar si las propiedades anti-inflamatorias de la cepa probiótica EcN están dadas por la presencia de la hemoxigenasa bacteriana (ChuS) producida por esta bacteria. Para esto, desarrollamos una cepa mutante que carece de gen chuS. La primera parte del proyecto está dirigida a evaluar ambas cepas (WT y la mutante) en cultivos in vitro de DC y macrófagos, con diferentes MOI de la bacteria. Los resultados de la primera parte evidenciaron que ambas cepas son capaces de activar e inducir la maduración de DC y macrófagos, a pesar de la mutación de una de las cepas. LA segunda parte del proyecto estuvo enfocada en evaluar el rol de ChuS in vivo. Para esto, tratamos a ratones con ambas cepas probióticas. El primer ensayo evaluó la dosis más alta tolerada por ratones, que fue 1*109 CFU. Después del tratamiento con probióticos, se practicó eutanasia a un grupo de ratones, los resultados mostraron que la población de células T en el hígado disminuyó en los ratones tratados con la cepa mutante. A continuación, los ratones fueron infectados con Salmonella entérica serovar Enteritidis (SEN) para evaluar si el tratamiento pudiese afectar de alguna manera el resultado de la infección. Después de 48 h de infección, se practicó eutanasia a todos los ratones. De manera interesante, encontramos carga bacteriana en bazo, hígado, y nódulos linfáticos mesentéricos (MLN), en los ratones que fueron tratados con la cepa probiótica mutante y luego infectados con SEN. Además, entre los ratones tratados con la cepa mutante y la cepa WT, se observaron diferencias en la población de células T. También, la población de células B en MLN fue mayor en ratones tratados con la cepa mutante. Adicionalmente, 4 diferentes dosis fueron evaluadas para cada cepa (1*104, 1*105, 1*106, y 1*107 CFU). Este ensayo nos permitió evaluar las diferencias ente las cepas en cuanto a los patrones de inflamación y el perfil de citoquinas Es así que los ratones de los grupos tratados con la cepa mutante, sin importar la dosis, presentaron inflamación en los cortes histológicos de colon, moco en las heces o heces suaves. Además, la producción de IL-10, medida en sangre, fue mucho mayor para los ratones tratados con la cepa probiótica WT, que para los ratones tratados con la cepa mutante. También, la producción de IL-12p70 se mantuvo baja para los grupos tratados con las dosis más bajas y fue incrementando para las dosis mayores, en los ratones tratados con la cepa probiótica WT. En el caso de los ratones tratados con la cepa mutante, los niveles de IL-12p70 fueron siempre menores a los de IL-10. En conjunto, los resultados nos permiten sugerir que ChuS aparentemente tiene la habilidad de modular las propiedades inmunomoduladoras de EcN in vitro e in vivo. Lo cual es similar al comportamiento de HO-1, modulando el perfil de IL-10 e IL-12p70. Además, el efecto de EcN y ChuS no es solamente local, si no también sistémico, porque fue posible detectar diferencias en bazo, hígado, MLN y sangre.La Hemoxigenasa (HO) es una enzima que cataliza el metabolismo del grupo hemo. Los productos derivados de la reacción son biliverdina (Bv), monóxido de carbono (CO) y hierro (Fe++). Varias propiedades han sido descritas para esta enzima, tales como antioxidante, anti-proliferativa, anti-apoptótica y anti-inflamatoria. La mayoría de ellas están relacionadas con la producción de CO, el cual es capaz de atenuar la respuesta inmune mediante la reducción de la inmunogenicidad de las células dendríticas y la modulación de las poblaciones de células T. Esta enzima se asoció inicialmente con células de mamíferos, especialmente humanos (HO-1), pero algunos estudios han identificado hemoxigenasas bacterianas. Algunas cepas de E. coli tienen el gen chuS que codifica para una HO bacteriana llamada ChuS, que está localizada en un operón que regula la captación y absorción del grupo hemo, con la subsecuente producción de CO. Por otro lado, últimamente la influencia de la microbiota en la regulación del sistema inmune ha alcanzado mucha importancia, dada su capacidad de modular directa e indirectamente la función de las células inmunes. Es más, como parte de la microbiota, los probióticos tienen un rol clave promoviendo ambientes antiinflamatorios, actuando en contra los patógenos, modulando la función de barrera, incluso mejorando enfermedades autoinmunes. En ese sentido, E. coli Nissle 1917 (EcN) es un probiótico comercial ampliamente utilizado, originalmente enfocado al tratamiento de la inflamación intestinal. De manera interesante, el gen chuS está presente en el genoma de esta bacteria. El propósito de este proyecto es evaluar si las propiedades anti-inflamatorias de la cepa probiótica EcN están dadas por la presencia de la hemoxigenasa bacteriana (ChuS) producida por esta bacteria. Para esto, desarrollamos una cepa mutante que carece de gen chuS. La primera parte del proyecto está dirigida a evaluar ambas cepas (WT y la mutante) en cultivos in vitro de DC y macrófagos, con diferentes MOI de la bacteria. Los resultados de la primera parte evidenciaron que ambas cepas son capaces de activar e inducir la maduración de DC y macrófagos, a pesar de la mutación de una de las cepas. LA segunda parte del proyecto estuvo enfocada en evaluar el rol de ChuS in vivo. Para esto, tratamos a ratones con ambas cepas probióticas. El primer ensayo evaluó la dosis más alta tolerada por ratones, que fue 1*109 CFU. Después del tratamiento con probióticos, se practicó eutanasia a un grupo de ratones, los resultados mostraron que la población de células T en el hígado disminuyó en los ratones tratados con la cepa mutante. A continuación, los ratones fueron infectados con Salmonella entérica serovar Enteritidis (SEN) para evaluar si el tratamiento pudiese afectar de alguna manera el resultado de la infección. Después de 48 h de infección, se practicó eutanasia a todos los ratones. De manera interesante, encontramos carga bacteriana en bazo, hígado, y nódulos linfáticos mesentéricos (MLN), en los ratones que fueron tratados con la cepa probiótica mutante y luego infectados con SEN. Además, entre los ratones tratados con la cepa mutante y la cepa WT, se observaron diferencias en la población de células T. También, la población de células B en MLN fue mayor en ratones tratados con la cepa mutante. Adicionalmente, 4 diferentes dosis fueron evaluadas para cada cepa (1*104, 1*105, 1*106, y 1*107 CFU). Este ensayo nos permitió evaluar las diferencias ente las cepas en cuanto a los patrones de inflamación y el perfil de citoquinas Es así que los ratones de los grupos tratados con la cepa mutante, sin importar la dosis, presentaron inflamación en los cortes histológicos de colon, moco en las heces o heces suaves. Además, la producción de IL-10, medida en sangre, fue mucho mayor para los ratones tratados con la cepa probiótica WT, que para los ratones tratados con la cepa mutante. También, la producción de IL-12p70 se mantuvo baja para los grupos tratados con las dosis más bajas y fue incrementando para las dosis mayores, en los ratones tratados con la cepa probiótica WT. En el caso de los ratones tratados con la cepa mutante, los niveles de IL-12p70 fueron siempre menores a los de IL-10. En conjunto, los resultados nos permiten sugerir que ChuS aparentemente tiene la habilidad de modular las propiedades inmunomoduladoras de EcN in vitro e in vivo. Lo cual es similar al comportamiento de HO-1, modulando el perfil de IL-10 e IL-12p70. Además, el efecto de EcN y ChuS no es solamente local, si no también sistémico, porque fue posible detectar diferencias en bazo, hígado, MLN y sangre.La Hemoxigenasa (HO) es una enzima que cataliza el metabolismo del grupo hemo. Los productos derivados de la reacción son biliverdina (Bv), monóxido de carbono (CO) y hierro (Fe++). Varias propiedades han sido descritas para esta enzima, tales como antioxidante, anti-proliferativa, anti-apoptótica y anti-inflamatoria. La mayoría de ellas están relacionadas con la producción de CO, el cual es capaz de atenuar la respuesta inmune mediante la reducción de la inmunogenicidad de las células dendríticas y la modulación de las poblaciones de células T. Esta enzima se asoció inicialmente con células de mamíferos, especialmente humanos (HO-1), pero algunos estudios han identificado hemoxigenasas bacterianas. Algunas cepas de E. coli tienen el gen chuS que codifica para una HO bacteriana llamada ChuS, que está localizada en un operón que regula la captación y absorción del grupo hemo, con la subsecuente producción de CO. Por otro lado, últimamente la influencia de la microbiota en la regulación del sistema inmune ha alcanzado mucha importancia, dada su capacidad de modular directa e indirectamente la función de las células inmunes. Es más, como parte de la microbiota, los probióticos tienen un rol clave promoviendo ambientes antiinflamatorios, actuando en contra los patógenos, modulando la función de barrera, incluso mejorando enfermedades autoinmunes. En ese sentido, E. coli Nissle 1917 (EcN) es un probiótico comercial ampliamente utilizado, originalmente enfocado al tratamiento de la inflamación intestinal. De manera interesante, el gen chuS está presente en el genoma de esta bacteria. El propósito de este proyecto es evaluar si las propiedades anti-inflamatorias de la cepa probiótica EcN están dadas por la presencia de la hemoxigenasa bacteriana (ChuS) producida por esta bacteria. Para esto, desarrollamos una cepa mutante que carece de gen chuS. La primera parte del proyecto está dirigida a evaluar ambas cepas (WT y la mutante) en cultivos in vitro de DC y macrófagos, con diferentes MOI de la bacteria. Los resultados de la primera parte evidenciaron que ambas cepas son capaces de activar e inducir la maduración de DC y macrófagos, a pesar de la mutación de una de las cepas. LA segunda parte del proyecto estuvo enfocada en evaluar el rol de ChuS in vivo. Para esto, tratamos a ratones con ambas cepas probióticas. El primer ensayo evaluó la dosis más alta tolerada por ratones, que fue 1*109 CFU. Después del tratamiento con probióticos, se practicó eutanasia a un grupo de ratones, los resultados mostraron que la población de células T en el hígado disminuyó en los ratones tratados con la cepa mutante. A continuación, los ratones fueron infectados con Salmonella entérica serovar Enteritidis (SEN) para evaluar si el tratamiento pudiese afectar de alguna manera el resultado de la infección. Después de 48 h de infección, se practicó eutanasia a todos los ratones. De manera interesante, encontramos carga bacteriana en bazo, hígado, y nódulos linfáticos mesentéricos (MLN), en los ratones que fueron tratados con la cepa probiótica mutante y luego infectados con SEN. Además, entre los ratones tratados con la cepa mutante y la cepa WT, se observaron diferencias en la población de células T. También, la población de células B en MLN fue mayor en ratones tratados con la cepa mutante. Adicionalmente, 4 diferentes dosis fueron evaluadas para cada cepa (1*104, 1*105, 1*106, y 1*107 CFU). Este ensayo nos permitió evaluar las diferencias ente las cepas en cuanto a los patrones de inflamación y el perfil de citoquinas Es así que los ratones de los grupos tratados con la cepa mutante, sin importar la dosis, presentaron inflamación en los cortes histológicos de colon, moco en las heces o heces suaves. Además, la producción de IL-10, medida en sangre, fue mucho mayor para los ratones tratados con la cepa probiótica WT, que para los ratones tratados con la cepa mutante. También, la producción de IL-12p70 se mantuvo baja para los grupos tratados con las dosis más bajas y fue incrementando para las dosis mayores, en los ratones tratados con la cepa probiótica WT. En el caso de los ratones tratados con la cepa mutante, los niveles de IL-12p70 fueron siempre menores a los de IL-10. En conjunto, los resultados nos permiten sugerir que ChuS aparentemente tiene la habilidad de modular las propiedades inmunomoduladoras de EcN in vitro e in vivo. Lo cual es similar al comportamiento de HO-1, modulando el perfil de IL-10 e IL-12p70. Además, el efecto de EcN y ChuS no es solamente local, si no también sistémico, porque fue posible detectar diferencias en bazo, hígado, MLN y sangre.La Hemoxigenasa (HO) es una enzima que cataliza el metabolismo del grupo hemo. Los productos derivados de la reacción son biliverdina (Bv), monóxido de carbono (CO) y hierro (Fe++). Varias propiedades han sido descritas para esta enzima, tales como antioxidante, anti-proliferativa, anti-apoptótica y anti-inflamatoria. La mayoría de ellas están relacionadas con la producción de CO, el cual es capaz de atenuar la respuesta inmune mediante la reducción de la inmunogenicidad de las células dendríticas y la modulación de las poblaciones de células T. Esta enzima se asoció inicialmente con células de mamíferos, especialmente humanos (HO-1), pero algunos estudios han identificado hemoxigenasas bacterianas. Algunas cepas de E. coli tienen el gen chuS que codifica para una HO bacteriana llamada ChuS, que está localizada en un operón que regula la captación y absorción del grupo hemo, con la subsecuente producción de CO. Por otro lado, últimamente la influencia de la microbiota en la regulación del sistema inmune ha alcanzado mucha importancia, dada su capacidad de modular directa e indirectamente la función de las células inmunes. Es más, como parte de la microbiota, los probióticos tienen un rol clave promoviendo ambientes antiinflamatorios, actuando en contra los patógenos, modulando la función de barrera, incluso mejorando enfermedades autoinmunes. En ese sentido, E. coli Nissle 1917 (EcN) es un probiótico comercial ampliamente utilizado, originalmente enfocado al tratamiento de la inflamación intestinal. De manera interesante, el gen chuS está presente en el genoma de esta bacteria. El propósito de este proyecto es evaluar si las propiedades anti-inflamatorias de la cepa probiótica EcN están dadas por la presencia de la hemoxigenasa bacteriana (ChuS) producida por esta bacteria. Para esto, desarrollamos una cepa mutante que carece de gen chuS. La primera parte del proyecto está dirigida a evaluar ambas cepas (WT y la mutante) en cultivos in vitro de DC y macrófagos, con diferentes MOI de la bacteria. Los resultados de la primera parte evidenciaron que ambas cepas son capaces de activar e inducir la maduración de DC y macrófagos, a pesar de la mutación de una de las cepas. LA segunda parte del proyecto estuvo enfocada en evaluar el rol de ChuS in vivo. Para esto, tratamos a ratones con ambas cepas probióticas. El primer ensayo evaluó la dosis más alta tolerada por ratones, que fue 1*109 CFU. Después del tratamiento con probióticos, se practicó eutanasia a un grupo de ratones, los resultados mostraron que la población de células T en el hígado disminuyó en los ratones tratados con la cepa mutante. A continuación, los ratones fueron infectados con Salmonella entérica serovar Enteritidis (SEN) para evaluar si el tratamiento pudiese afectar de alguna manera el resultado de la infección. Después de 48 h de infección, se practicó eutanasia a todos los ratones. De manera interesante, encontramos carga bacteriana en bazo, hígado, y nódulos linfáticos mesentéricos (MLN), en los ratones que fueron tratados con la cepa probiótica mutante y luego infectados con SEN. Además, entre los ratones tratados con la cepa mutante y la cepa WT, se observaron diferencias en la población de células T. También, la población de células B en MLN fue mayor en ratones tratados con la cepa mutante. Adicionalmente, 4 diferentes dosis fueron evaluadas para cada cepa (1*104, 1*105, 1*106, y 1*107 CFU). Este ensayo nos permitió evaluar las diferencias ente las cepas en cuanto a los patrones de inflamación y el perfil de citoquinas Es así que los ratones de los grupos tratados con la cepa mutante, sin importar la dosis, presentaron inflamación en los cortes histológicos de colon, moco en las heces o heces suaves. Además, la producción de IL-10, medida en sangre, fue mucho mayor para los ratones tratados con la cepa probiótica WT, que para los ratones tratados con la cepa mutante. También, la producción de IL-12p70 se mantuvo baja para los grupos tratados con las dosis más bajas y fue incrementando para las dosis mayores, en los ratones tratados con la cepa probiótica WT. En el caso de los ratones tratados con la cepa mutante, los niveles de IL-12p70 fueron siempre menores a los de IL-10. En conjunto, los resultados nos permiten sugerir que ChuS aparentemente tiene la habilidad de modular las propiedades inmunomoduladoras de EcN in vitro e in vivo. Lo cual es similar al comportamiento de HO-1, modulando el perfil de IL-10 e IL-12p70. Además, el efecto de EcN y ChuS no es solamente local, si no también sistémico, porque fue posible detectar diferencias en bazo, hígado, MLN y sangre.