Papel do Algina e Sua O-Acetilação na Formação de Microcolônias e Biofilmes de Pseudomonas aeruginosa

A espectrometria de reflexão total atenuada/espectrometria no infravermelho transformada de Fourier (ATR/FT-IR) e a microscopia confocal a laser de varredura (SCLM) foram utilizadas para estudar o papel da algina e da estrutura da algina na adesão e crescimento de Pseudomonas aeruginosa em superfícies. Biofilmes em desenvolvimento do isolado pulmonar mucoide (produtor de algina) de fibrose cística FRD1, bem como cepas mutantes mucoides e não mucoides, foram monitorados por ATR/FT-IR por 44 e 88 h como bandas de absorção IR na região de 2.000 a 1.000 cm(-1). Todas as cepas produziram biofilmes que absorveram radiação IR próxima a 1.650 cm(-1) (amide I), 1.550 cm(-1) (amide II), 1.240 cm(-1) (vibrações de estiramento P==O, C---O---C e/ou amide III), 1.100 a 1.000 cm(-1) (estiramento C---OH e P---O) 1.450 cm(-1) e 1.400 cm(-1). Os biofilmes FRD1 produziram espectros com um aumento na absorção relativa em 1.060 cm(-1) (estiramento C---OH da algina) e 1.250 cm(-1) (estiramento C---O do grupo O-acetil na algina), em comparação com biofilmes de cepas mutantes não mucoides. A desidratação de um biofilme FRD1 de 88 h revelou outras bandas IR que também foram encontradas no espectro da algina FRD1 purificada. Esses resultados fornecem evidências de que a algina estava presente dentro dos biofilmes FRD1 e em concentrações relativas maiores em profundidades superiores a 1 micrômetro, a faixa de análise para a técnica ATR/FT-IR. Após 88 h, os biofilmes das cepas não mucoides produziram absorvâncias de amide II que eram seis a oito vezes mais intensas do que as da cepa parental mucoide FRD1. No entanto, as densidades celulares nos biofilmes eram semelhantes, sugerindo que o FRD1 formou biofilmes com a maioria das células em profundidades que superaram a faixa de análise da técnica ATR/FT-IR. A análise SCLM confirmou esse resultado, demonstrando que as cepas não mucoides formaram biofilmes compactados densamente que eram geralmente inferiores a 6 micrômetros de profundidade. Em contraste, o FRD1 produziu microcolônias que tinham aproximadamente 40 micrômetros de profundidade. Uma cepa mutante algJ que produziu algina sem grupos O-acetil deu um sinal de amide II aproximadamente cinco vezes mais fraco do que o de FRD1 e produziu pequenas microcolônias. Após 44 h, o mutante algJ mudou para o fenótipo não mucoide e formou biofilmes uniformes, similares aos biofilmes produzidos pelas cepas não mucoides. Esses resultados demonstram que a algina, embora não seja requerida para o desenvolvimento do biofilme de P. aeruginosa, desempenha um papel na estrutura do biofilme e pode atuar como material intercelular, necessário para a formação de biofilmes tridimensionais mais espessos. Os resultados também demonstram a importância da O-acetilação da algina na arquitetura do biofilme de P. aeruginosa.