ETD

• ESX secretion systems
• ESX-2
• Mycobacterium tuberculosis
• stress resistance
• virulence

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the causative agent of tuberculosis, remains the leading cause of death from a single infectious agent, with approximately 1.25 million deaths annually. Although about 25 % of the global population is infected, only 5–10 % develop active disease, while in 90-95 % of cases, latent tuberculosis infection (LTBI) occurs. Type VII ESX secretion systems (ESX-1 to ESX-5), are key determinants of Mtb virulence and host adaptation. However, the role of the ESX-2 remains poorly understood. This Ph.D. project aimed at characterizing the physiological role of ESX-2 and its involvement in host–pathogen interaction by using genetic, molecular, and cellular approaches. Selected esx-2 genes were found upregulated under nutrient starvation, and during reactivation from hypoxia-induced dormancy. Consistently, ESX-2 mutant strains showed a reduced survival under nutrient deprivation conditions and delayed growth recovery following reactivation from hypoxia-induced dormancy, in vitro. Furthermore, ESX-2 mutants displayed impaired growth both in ex vivo models and in a murine infection model of infection, thus indicating the contribution of ESX-2 to optimal Mtb replication into the host. However, the expression of different ESX-2 variants (harboring engineered versions of the MycP2 ESX-2-associated protease) in Mycobacterium smegmatis did not allow the elucidation of the molecular mechanisms responsible for the modulation of the ESX-2 secretory activity.

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), agente eziologico della tubercolosi, è ad oggi la principale causa di morte da singolo batterio patogeno, responsabile di circa 1.250.000 decessi globali all’anno. Si stima che a seguito dell’infezione solo nel 5–10% dei casi si sviluppi malattia attiva, mentre nel restante 90-95% l’infezione rimanga latente. In Mtb, i sistemi di secrezione di tipo VII (ESX-1 – ESX-5) hanno un ruolo chiave nella virulenza e dell’adattamento all’ospite. Ad oggi, il sistema ESX-2 è il meno caratterizzato ed il suo ruolo biologico è sconosciuto. Lo scopo di questa tesi è stato la caratterizzazione del ruolo fisiologico di ESX-2 e del suo coinvolgimento nell’interazione ospite-patogeno, mediante approcci genetici, molecolari e cellulari. Un incremento dell’espressione geni del cluster esx-2 è stato evidenziato in specifiche condizioni di stress, quali carenza di nutrienti e riattivazione della crescita da una condizione di dormienza indotta da ipossia. In accordo, ceppi mutanti per ESX-2 hanno mostrato una ridotta sopravvivenza in condizioni di deprivazione di nutrienti ed una ritardata ripresa della crescita a seguito della riattivazione, in vitro. Inoltre, i ceppi mutanti per ESX-2 hanno mostrato ridotta capacità di crescita sia in modelli ex vivo che in un modello murino di infezione. Tuttavia, l’espressione di differenti varianti del sistema ESX-2 (contenenti versioni ingegnerizzate della proteasi MycP2), in Mycobacterium smegmatis non ha permesso di chiarire i meccanismi molecolari coinvolti nella modulazione dell’attività secretoria di ESX-2.