Adaptation of Gardnerella vaginalis to vaginal epithelium

Abstract

A Vaginose bacteriana (VB) é um dos distúrbios do trato genital inferior mais comuns dentro do universo de mulheres em idade reprodutiva e é caraterizada por uma transição da flora dominante de Lactobacillus para uma comunidade polimicrobiana. Tem sido demonstrado que um biofilme polimicrobiano está associado à VB, sendo Gardnerella vaginalis a espécie predominante da massa deste biofilme. No entanto, a colonização vaginal de G. vaginalis nem sempre resulta em VB, o que levou vários investigadores a hipotetizar que diferentes tipos de G. vaginalis com distintos potenciais de virulência possam existir. Devido à inexistência de um modelo animal para estudo da VB, sistemas-modelo in vitro rigorosos simulando condições in vivo são cruciais para melhor compreender as complexas interações entre microrganismos e microrganismo-hospedeiro por detrás deste distúrbio. Assim, numa tentativa de analisar a adaptação e interação da microbiota e agentes patogénicos no ambiente vaginal, foi utilizado um meio simulador do trato genital (mGTS) para avaliar o crescimento do residente vaginal Lactobacillus crispatus e G. vaginalis. Além disso, para compreender as diferenças entre G. vaginalis isoladas de mulheres com e sem VB, foram realizados ensaios in vitro para comparar as propriedades de virulência de estirpes de G. vaginalis. Dado que as fases iniciais da sequência de desenvolvimento da VB incluem aderência ao epitélio e a produção de substâncias citotóxicas específicas para as células vaginais, as estirpes de G. vaginalis foram caracterizadas de acordo com a sua atividade citotóxica após aderência a uma monocamada de células epiteliais (HeLa) pré-aderidas com L. crisparas, mimetizando a situação in vivo. Para além disso, os níveis de transcrição dos genes vaginolisina (vly) e sialidase (sId) foram avaliados. Estes ensaios revelaram que os isolados BV-positivos foram significativamente mais citotóxicos do que isolados de mulheres saudáveis após 3 horas de contato com o epitélio vaginal. No entanto, quando L. crisparas estava ausente da monocamada de células HeLa, o efeito de citotoxicidade de G. vaginalis aumentou drasticamente. Diferenças significativas nos níveis de transcrição de vly foram observadas na presença ou ausência de L. crispatus. Assim, este trabalho evidencia não só a discrepância do potencial de virulência de distintas variantes de G. vaginalis, mas também o papel benéfico dos Lactobacillus vaginais na proteção do epitélio vaginal contra a infeção de G. vaginalis.

Bacterial vaginosis (BV) is one of the most common lower genital tract disorder among women of reproductive age and is characterized by a shift in the vaginal flora from the dominant Lactobacillus to a polymicrobial flora. It has been demonstrated that a polymicrobial biofilm is associated with BV being Gardnerella vaginalis the predominant species of the biofilm mass. However, G. vaginalis vaginal colonization does not always result in BV which led several researchers to hypothesise that different types of G. vaginalis with different virulence potentials might exist. Do to the lack of an animal model for BV, accurate in vitro model systems mimicking in vivo conditions are required to better understand the complex host-microbe and microbe-microbe interactions behind this disorder. Therefore, in an effort to analyse the adaptation and interaction of the commensal vaginal microbiota and pathogens in the vaginal environment, we used a genital tract simulant medium (mGTS) to evaluate the growth of resident vaginal Lactobacillus crispatus and G. vaginalis. Also, to understand the differences between G. vaginalis strains isolated from women with and without BV, we performed in vitro assays to compare the virulence properties of G. vaginalis strains. Since the initial steps of the developmental sequence of BV include adherence to epithelium and production of cytotoxic substances specific for vaginal cells, G. vaginalis strains were characterised for their cytotoxicity activity after adhesion on a monolayer of epithelial cells pre-adhered with L. crispatus, mimicking in vivo situation. Furthermore, transcript levels of vaginolysin (vly) and sialidase (sld) genes were also evaluated. These assays revealed that BV-isolates of G. vaginalis were significantly more cytotoxic than non-13V isolates after 3 hours of contact with a monolayer of HeLa cells. However, when L. crispatus was absent from the HeLa cells monolayer, the cytotoxicity effect of G. vaginal is was drastically increased. Significant differences in the transcript levels of vly were also observed in the presence or absence of L. crispatus. Thus, this work highlights not only the discrepant virulence potential of two distinct variants of G. vaginalis but also the beneficial role of vaginal Lactobacilli in protecting the vaginal epithelium from G. vaginalis infection.