Raphidiopsis raciborskii (CYRF-01): Habilidade de secreção de vesículas extracelulares em condições de creshabilidade de secreção de vesículas extracelulares em condições de crescimento normal e em resposta a estímulos ambientais em culturacimento normal e em resposta a estímulos ambientais em cultura

Abstract

Secretion of vesicles at the cell surface, collectively termed extracellular vesicles (EVs), is an important biological process of both eukaryotic and prokaryotic cells associated with functional activities and DNA transfer. This process has been demonstrated in bacteria from aquatic ecosystems, but it is still poorly characterized in cyanobacteria. In the present work, we investigated if Raphidiopsis raciborskii (CYRF-01), a globally distributed cyanobacterium species with increasing presence in freshwater environments, is able to release EVs when exposed to environmental stressors (ultraviolet radiation or co-culture with another cyanobacterium species - Microcystis aeruginosa. Non-axenic cultures of R.raciborskii (CYRF-01) were exposed to ultraviolet radiation (UVA + UVB) for 6 h period, treatment that induces structural damage to this species while co-cultures with MIRF-01 were kept for 24 h. After the incubation times, cell density and viability were analyzed, and samples were processed for transmission electron microscopy (TEM). Our ultrastructural analyses revealed that R.raciborskii constitutively releases EVs from the outer membrane during its normal growth and amplifies such ability in response to environmental stressors. Both situations induced significant formation of outer membrane vesicles (OMVs) by R.raciborskii compared to control cells. Quantitative TEM revealed an increase of 48% (UV) and 60% (interaction) in the OMV numbers. Considering all groups, the OMVs ranged in size from 20 to 300 nm in diameter, with most OMVs showing diameters between 20 and 140 nm. Additionally, molecular analysis of the cellular envelope revealed that formation of OMVs is accompanied by phosphatidylserine exposure, an event also observed in EVsecreting eukaryotic cells. Altogether, we identified for the first time that R.raciborskii has the competence to secrete OMVs and that under different stress situations the genesis of these vesicles is increased. The amplified ability of cyanobacteria to release OMVs may be associated with adaptive responses to changes in environmental conditions and interspecies cell communication.A secreção de vesículas na superfície celular, denominadas coletivamente de vesículas extracelulares (VEs), é um processo biológico importante das células eucarióticas e procarióticas associado com atividades funcionais e transferência de DNA. Esse processo tem sido demonstrado em bactérias de ecossistemas aquáticos, mas ainda é pouco estudado em cianobactérias. No presente trabalho, investigamos se Raphidiopsis raciborskii (CYRF-01), espécie de cianobactéria de distribuição global e crescente em ambientes de água doce, é capaz de liberar VEs quando cultivada em condições normais ou exposta a estressores ambientais (radiação ultravioleta ou co-cultura com outra espécie de cianobactéria - Microcystis aeruginosa - MIRF-01). Culturas não axênicas de CYRF-01 foram submetidas à radiação ultravioleta (UVA + UVB) por 6 h, tratamento que induz danos estruturais a esta espécie ou co-cultivadas com MIRF-01 por 24 h. Após incubação, a densidade e a viabilidade celular foram analisadas e as amostras processadas para microscopia eletrônica de transmissão (MET). As análises ultraestruturais revelaram que R.raciborskii libera constitutivamente VEs a partir da membrana externa (VMEs) durante crescimento normal e amplifica essa capacidade em resposta a estressores ambientais. Ambas as situações induziram formação significativa VMEs por CYRF-01, comparado aos controles. Análises quantitativas por MET mostraram aumento de 48% (UV) e 60% (interação) nos números de VMEs. Considerando todos os grupos, as VMEs variaram de 20 a 300 nm de diâmetro, com a maioria mostrando diâmetros entre 20 e 140 nm. Análise molecular do envoltório celular revelou que a liberação de VMEs envolve exposição à fosfatidilserina, evento também observado nas células eucarióticas secretoras de VEs. Em conjunto, identificamos pela primeira vez que R.raciborskii tem competência para secretar VMEs e que, sob situações de estresse, a gênese dessas vesículas é aumentada. A capacidade ampliada das cianobactérias para liberar VMEs pode estar associada com respostas adaptativas às mudanças nas condições ambientais e pode contribuir na comunicação celular interespécies.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai