Análise da expressão gênica e perfil metabólico de carrapatos Amblyomma sculptum infectados com Rickettsia amblyommatis

Abstract

Os carrapatos são artrópodes parasitas hematófagos, pertencentes à ordem Acari e distribuídos em três famílias: Ixodidae, Argasidae e Nuttalliellidae. Espécie comumente encontrada do sul dos Estados Unidos ao norte da Argentina, o Amblyomma sculptum pertence à família Ixodidae. O gênero Rickettsia pode permanecer no intestino, ovário, hemocele e glândulas salivares, dentre os patógenos que infectam carrapatos, pulgas e piolhos. Os carrapatos são capazes de manter estas bactérias por várias gerações, as quais possuem um sistema metabólico limitado, dependendo de intermediários adquiridos por quando da hematofagia e suas reações metabólicas. Para análise do peso, número de cópias de bactéria, e expressão de enzimas-chave do metabolismo utilizando a reação em cadeia da polimerase em tempo real quantitativa, carrapatos fêmeas A. sculptum foram alimentados com sangue, sangue adicionado de células VERO, e sangue adicionado de células VERO infectadas com Rickettsia amblyommatis, durante 12, 24, e 48 horas. Outro grupo foi alimentado com os mesmos tratamentos por 48 horas para análise do perfil metabólico utilizando a cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massas e os aplicativos TargetSearch e Metaboanalyst. Verificamos no intestino médio dos carrapatos infectados que o número de cópias da bactéria apresentou um aumento significativo de 24 para 48 horas. Nos tratamentos não infectados, a diferença de peso após a alimentação revelou um aumento de massa. Na presença de riquétsia, verificou-se diminuição ou não aumento do peso. Na análise da expressão relativa, enzimas escolhidas da via glicolítica, ciclo do ácido tricarboxílico, fosforilação oxidativa, beta-oxidação, transporte de ácidos graxos e dos metabolismos de aminoácidos e nucleotídeo foram alteradas quando da presença da bactéria nos diferentes tempos de alimentação. Diversos compostos identificados na análise do perfil metabólico estavam envolvidos no metabolismo de aminoácidos, purina, pirimidina, carboidratos, ciclo do ácido tricarboxílico, lipídeos, ácidos graxos, nicotinato, nicotinamida e pentose fosfato. Com a elucidação do nível de expressão das enzimas-alvo e a abundância dos metabólitos identificados, demonstramos com mais detalhes que diversas vias são alteradas e direcionadas para o favorecimento de componentes essenciais para a sobrevivência e manutenção da riquétsia no intestino médio dos carrapatos ou resposta protetiva contra o patógeno. Estudos posteriores permitirão avançar nestes conhecimentos, potencialmente contribuindo para uma melhor compreensão da relação parasito- hospedeiro, selecionando novos alvos para o controle destes agentes e na bioprospecção de novas moléculas. Palavras-chave: Amblyomma sculptum. Rickettsia amblyommatis. Metabolismo.Ticks are hematophagous parasitic arthropods, belonging to the order Acari and distributed in three families: Ixodidae, Argasidae, and Nuttalliellidae. A species commonly found from the southern United States to northern Argentina, Amblyomma sculptum belongs to the Ixodidae family. Rickettsia genus can remain in the midgut, ovary, hemocele, and salivary glands, among the pathogens that infect ticks, fleas and lice. Ticks can maintain these bacteria for several generations, which have a limited metabolic system, depending on intermediates acquired during the hematophagy and its metabolic reactions. For weight analysis, bacterial copy number, and expression of critical enzymes using the quantitative real-time polymerase chain reaction, female A. sculptum ticks were fed with blood, blood + VERO cells, and blood + infected VERO cells Rickettsia amblyommatis for 12, 24, and 48 hours. Another group was fed with the same treatments for 48 hours to analyze the metabolic profile using gas chromatography coupled to the mass spectrometer and the applications TargetSearch and Metaboanalyst. We found in the midgut of infected ticks that the number of copies of the bacterium increased significantly from 24 to 48 hours. In uninfected treatments, the difference in weight after feeding revealed an increase in mass. In the presence of rickettsia, there was a decrease or no increase in weight. In the relative expression analysis, enzymes chosen from the glycolytic pathway, tricarboxylic acid cycle, oxidative phosphorylation, beta-oxidation, fatty acid transport, amino acid, and nucleotide metabolism were altered when the bacteria were present at different feeding times. Several compounds identified in the metabolic profile analysis were involved in the metabolism of amino acids, purine, pyrimidine, carbohydrates, tricarboxylic acid cycle, lipids, fatty acids, nicotinate, nicotinamide, and pentose phosphate. With the elucidation of the level of expression of the target enzymes and the abundance of the identified metabolites, we demonstrated in more detail that several pathways are altered and directed towards favoring essential components for the survival andmaintenance of rickettsia in the tick's midgut or protective response against the pathogen. Further studies will allow advancing this knowledge, potentially contributing to a better understanding of the parasite – host relationship, selecting new targets for the control of these agents and the bio prospecting of new molecules. Keywords: Amblyomma sculptum. Rickettsia amblyommatis. Metabolism.