Análise fisiológica, bioquímica e proteômica de Lemna aequinoctialis infectada com bactérias patogênicas

Abstract

As Lemnaceae (lentilhas-d’água) são macrófitas aquáticas conhecidas por sua rápida propagação vegetativa, alta taxa de crescimento em comparação a outras espécies de plantas e características biotecnológicas promissoras. Dentre elas, Lemna aequinoctialis se destaca como um modelo interessante para estudos de infecção bacteriana, incluindo bactérias patogênicas. Este trabalho teve como objetivo investigar se Lemna aequinoctialis infectada por Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa pode servir como modelo para estudos de patogênese bacteriana, avaliando sua capacidade de sobrevivência à infecção, bem como sua resposta fisiológica e molecular a esses patógenos. Além disso, buscou-se verificar se a planta é capaz de produzir compostos bioativos, como proteínas ou peptídeos com potencial terapêutico, e se a infecção bacteriana altera significativamente o equilíbrio oxidativo da planta de forma similar à outros organismos, como humanos. A escolha das bactérias deve-se a sua relevância clínica, estando associada à maioria dos casos de infecções hospitalares e apresentando um perfil de resistência a múltiplas drogas, o que as tornam patógenos de grande preocupação na saúde pública. Neste estudo, foram utilizadas 10 frondes de Lemna aequinoctialis, suplementadas com diferentes alíquotas de meio contendo Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa. Parâmetros fisiológicos, como crescimento relativo, rendimento de biomassa, tamanho de fronde e taxa de inibição, foram mensurados. Pigmentos fotossintetizantes e parâmetros bioquímicos relacionados à atividade de enzimas do controle oxidativo foram avaliados em condições contrastantes (infectadas e não infectadas). Os extratos proteicos foram analisados por cromatografia líquida associada à espectrometria de massas (LC-MS/MS) no sistema Orbitrap Fusion Lumos. As plantas infectadas apresentaram alterações significativas no perfil fenotípico de crescimento, além de variações nos perfis fisiológicos e bioquímicos, com as populações infectadas por K. pneumoniae exibindo os maiores danos. Foram identificadas 129 proteínas reguladas positivamente na infecção por Klebsiella pneumoniae e 100 proteínas na condição controle (sem infecção). Essas proteínas foram classificadas e categorizadas em termos de ontologia gênica, destacando-se processos biológicos como metabolismo de carboidratos, fosforilação, resposta a estresses e tradução. Os resultados sugerem que Lemna aequinoctialis responde de forma distinta à infecção por Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa. Enquanto a planta demonstra certa capacidade de sobrevivência à infecção por Pseudomonas aeruginosa, a infecção por Klebsiella pneumoniae mostrou-se significativamente mais letal, causando danos mais severos ao crescimento e à fisiologia da planta. Além disso, as diferenças no equilíbrio oxidativo sugere que Lemna aequinoctialis responde melhor à infecção produzindo mais resposta contra Pseudomonas. Este estudo demonstra que Lemna aequinoctialis pode ser um modelo viável para estudos de infecção bacteriana, contribuindo para o entendimento dos mecanismos moleculares envolvidos na interação planta-patógeno. As proteínas diferenciais identificadas podem ajudar a elucidar mecanismos funcionais, metabólicos e bioquímicos de plantas sob estresse bacteriano, além de prospectar compostos com potencial atividade antimicrobiana, como peptídeos que poderiam ser explorados para terapias no futuro.