Modelos in vitro e in vivo e anticorpos recombinantes para o estudo da toxina termolábil produzida por Escherichia coli enterotoxigênica

ABSTRACT

Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) is one of the main bacterial pathotypes in- volved in diarrhea, mainly affecting children under 5 years old and travelers to areas where this pathogen is endemic. Heat-labile type I toxin (LT-I), one of the main virulence factors of this pathotype, is associated with diarrhea in humans and is described as a potent mucosal and systemic immune adjuvant. Early diagnosis, therapeutic approaches, and in vitro and in vivo models are the main concerns in diarrhea caused by ETEC. Different in vitro and in vivo models have already been described, however, its use does not always allow screening of biomolecules and more systemic studies with the LT toxin. In addition, the generation of specific and high-affinity recombinant antibodies for diagnosis and therapy are of great importance. Thus, the present work aimed to establish strategies for the generation of recombinant antibodies such as scFv and Fab and evaluate and validate Caco-2 cells and zebrafish as models for studies with LT-I. Caco-2 cells were seeded in the 62nd passage and at different cells density per microplate well. The internalization of LT-I conjugated to FITC was visualized in Caco-2 cells at a density of 3x104 cells per well, both associated with the cell membrane and with the nucleus, thus demonstrating its retrograde transport and validating the use of this model. In a zebrafish, the fish embryo test revealed the sensitivity of embryos to different concentrations of LT-I, as well as evident malformation phenotypes, mainly in the pericardial and yolk region. Systemically, migration of the FITC labeled toxin was observed in the cardiac region, yolk, and intestine, suggesting the observed phenotypes of cardiac edema (100%), absence of swim bladder (100%), yolk edema (80%), in addition to growth delay in larvae, were caused by the toxin. None of these phenotypes were observed in the control group of animals. There was also a decrease in heart rate during the larvae' survival kinetics, showing the cardiotoxic effect of LT-I. In ELISA assays the scFv-LT obtained in the present study was reactive against the purified antigen as well to LT-I producing strains supernatant, but not to LT-I-non-producing strains. For the Fab-LT, a synthetic library was constructed, but no LT-I-reactive clones were generated. Therefore, herein we established in vitro and in vivo models that allowed us to validate and demonstrate unknown characteristics of the LT-I concerning its relationship with the host. Moreover, the generation of scFv-LT will allows us to employ recombinant antibodies for ETEC diagnosis avoiding animals immunization.

RESUMO

Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC), é um dos principais patotipos bacterianos causadores de diarreia, afetando principalmente crianças menores de cinco anos e viajantes em áreas onde esse patógeno é endêmico. A toxina termolábil do tipo I (LT-I) é um dos principais fatores de virulência deste patotipo e está associada à diarreia em humanos; é também descrita como potente adjuvante de mucosa e sistêmico. O diagnóstico precoce, a abordagem terapêutica e os modelos experimentais são importantes aspectos que merecem atenção em relação à diarreia causada por ETEC. Diferentes modelos in vitro e in vivo já foram descritos, no entanto, seu uso nem sem- pre permite a triagem de biomoléculas e estudos mais sistêmicos com a toxina LT. Além disso, a geração de anticorpos específicos e de alta afinidade para uso no diagnóstico e terapia são de grande importância. Assim, o presente trabalho propôs estabelecer estratégias para geração de fragmentos de anticorpos do tipo scFv e Fab; bem como avaliar e validar as células Caco-2 e o zebrafish como modelos para estudos da LT-I. As células Caco-2 foram utilizadas na 62a passagem e em diferentes densidades de célula por poço da microplaca de cultivo. A internalização da LT-I conjugada ao FITC foi visualizada com 3x104 células Caco-2, tanto associada à membrana celular, quanto ao núcleo, evidenciando seu transporte retrógrado e validando o uso deste modelo. Em zebrafish, pelo teste de sensibilidade em embriões, foi observada sensibilidade dos embriões frente a diferentes concentrações de LT-I e fenótipos de malformações, principalmente na região pericárdica e no vitelo. Por via sistêmica, a migração da LT-I foi observada na região cardíaca, vitelo e intestino, sugerindo que os fenótipos observados de edema cardíaco (100%), ausência de bexiga natatória (100%), edema de vitelo (80%), além de retardo no crescimento nas larvas, tenham sido ocasionados pela toxina. Nenhum desses efeitos foi encontrado no grupo controle de animais. Houve também diminuição dos batimentos cardíacos durante a cinética de sobrevivência, mostrando o efeito cardiotóxico da LT-I. Em testes por técnica de ELISA o scFv-LT obtido no presente estudo mostrou-se reativo contra a toxina LT purificada, reconheceu as cepas produtoras de LT-I e não reconheceu cepas não produtoras da toxina. Para o Fab-LT foi estabelecida a biblioteca sintética, mas não foram gerados clones reativos contra a toxina LT-I. Assim, podemos afirmar que os modelos in vitro e in vivo utilizados permitiram-nos validar e demonstrar características até então não exploradas da LT-I na sua relação com o hospedeiro. A geração do scFv-LT nos permitirá utilizar anticorpos recombinantes no diagnóstico de ETEC sem depender da imunização de animais.