Natural Blood Feeding and Temperature Shift Modulate the Global Transcriptional Profile of Rickettsia rickettsii Infecting Its Tick Vector

Abstract

Rickettsia rickettsii is an obligate intracellular tick-borne bacterium that causes Rocky Mountain Spotted Fever (RMSF), the most lethal spotted fever rickettsiosis. When an infected starving tick begins blood feeding from a vertebrate host, R. rickettsii is exposed to a temperature elevation and to components in the blood meal. These two environmental stimuli have been previously associated with the reactivation of rickettsial virulence in ticks, but the factors responsible for this phenotype conversion have not been completely elucidated. Using customized oligonucleotide microarrays and high-throughput microfluidic qRT-PCR, we analyzed the effects of a 10°C temperature elevation and of a blood meal on the transcriptional profile of R. rickettsii infecting the tick Amblyomma aureolatum. This is the first study of the transcriptome of a bacterium in the genus Rickettsia infecting a natural tick vector. Although both stimuli significantly increased bacterial load, blood feeding had a greater effect, modulating five-fold more genes than the temperature upshift. Certain components of the Type IV Secretion System (T4SS) were up-regulated by blood feeding. This suggests that this important bacterial transport system may be utilized to secrete effectors during the tick vector’s blood meal. Blood feeding also up-regulated the expression of antioxidant enzymes, which might correspond to an attempt by R. rickettsii to protect itself against the deleterious effects of free radicals produced by fed ticks. The modulated genes identified in this study, including those encoding hypothetical proteins, require further functional analysis and may have potential as future targets for vaccine development.

Do Tick Attachment Times Vary between Different Tick-Pathogen Systems?

“…It is during this blood feeding period [81], and/or when ticks are incubated at warm temperatures (37 • C) for 24-48 h [80], that the bacteria become reactivated from dormancy within tick salivary glands. A study evaluating transcriptional changes in R. rickettsii contained in A. aureolatum showed five times more genes (e.g., type IV secretion system and antioxidant enzymes were upregulated) exhibited changes due to blood feeding versus environmental temperature increases alone, further supporting an increase in the bacterial load due to blood feeding [83]. This pathogen can be transovarially transmitted [84].…”

Efeitos da infecção por Rickettsia rickettsii sobre o perfil de expressão gênica do carrapato vetor Amblyomma cajennense.

“…Diferentemente do observado para A. cajennense, a infecção de carrapatos A. aureolatum por R. rickettsii reprimiu a expressão de uma HBP (Malossi, 2013). A sequência Ac_14, também induzida pela infecção (Tabela 5), codifica uma proteína putativa secretada com 8,9 kDa.…”

“…Os autores discutem que esse fenômeno pode estar relacionado com a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), originada após alimentação sanguínea (Rudenko et al, 2005). A COX também foi induzida em resposta à infecção de A. marginale em R. microplus [(de la Fuente et al, 2007a;Mercado-Curiel et al, 2011;Zivkovic et al, 2010) (Malossi, 2013). No entanto, em virtude dos baixos níveis em que esse gene é transcrito não infectados, utilizamos o método de quantificação absoluta para as duas espécies de carrapatos.…”

“…Além disso, foi relatado que o inibidor Kunitz-type de D. variabilis (DvKPI) apresenta uma atividade bacteriostática contra R. montanensis in vitro (Ceraul et al, 2008). Mais recentemente, foi demonstrado que DvKPI limita a quantidade de R. montanensis in vivo, uma vez que o silenciamento desse gene em carrapatos resultou em um aumento da infecção (Ceraul et al, 2011 (Malossi, 2013).…”

“…Diferentemente, o silenciamento da hebraeína ocasionou uma maior susceptibilidade de A. aureolatum à infecção por R. rickettsii (Malossi, 2013), reforçando a hipótese de que as duas espécies de vetores respondem de forma diferente a esse patógeno. Já o silenciamento de uma proteína com domínio de inibidor Kunitz-type não alterou à susceptibilidade nem de A. cajennense (presente estudo), nem de A. aureolatum (Malossi, 2013) à infecção. Como várias proteínas com domínio Kunitz-type estão presentes em carrapatos, conforme acima mencionado, é possível quando a expressão de uma é silenciada, outras supram a sua ausência.…”