Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Variabilidad estructural y metabólica de melaninas en Pseudomonas : impacto en la resistencia a estrés y virulencia |
| Título alternativo: | Structural and metabolic variability of melanins in Pseudomonas : implications for stress resistance and virulence |
| Autor: | Díaz Appella, Mateo Nicolás |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN)
|
| Fecha de defensa: | 2026-03-19 |
| Fecha en portada: | Febrero 2026 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica |
| Departamento Docente: | Departamento de Química Biológica |
| Director: | Tribelli, Paula María |
| Consejero: | Piuri, Mariana |
| Jurado: | Bosch, María Alejandra; Pérez, Oscar Edgardo; Lagares, Antonio |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7914_DiazAppella |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7914_DiazAppella.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7914_DiazAppella |
| Ubicación: | QUI 007914 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Díaz Appella, Mateo Nicolás. (2026). Variabilidad estructural y metabólica de melaninas en Pseudomonas : impacto en la resistencia a estrés y virulencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7914_DiazAppella |
Resumen:
Las especies del género Pseudomonas se caracterizan por una gran plasticidad ecológica y metabólica que les permite colonizar ambientes contrastantes, desde hábitats naturales extremos hasta nichos clínicos crónicos, donde la persistencia bacteriana se asocia a redes complejas de virulencia, resistencia a antibióticos y tolerancia al estrés oxidativo. En este contexto, la producción de melaninas, emerge como un rasgo relevante para modular la interacción con el hospedador, la disponibilidad de metales y la organización de comunidades polimicrobianas. No obstante, la diversidad estructural y funcional de estas melaninas en distintas especies y aislamientos de Pseudomonas, y su impacto integrado sobre la adaptación ambiental y la patogénesis, se encuentra aún pobremente definida. En este marco, el objetivo general de esta tesis es caracterizar la diversidad estructural, funcional y metabólica de las melaninas producidas por diferentes especies y aislamientos de Pseudomonas, con el fin de dilucidar su papel en la adaptación a condiciones de estrés y en la virulencia bacteriana. En primer lugar, se analizó una cepa mutante melanogénica de Pseudomonas extremaustralis (PexM), en la cual la producción de piomelanina se asocia a la disrupción de un determinante no canónico vinculado a la señalización por c-di-GMP, evidenciando que la melanogénesis puede originarse en reconfiguraciones globales más que en modificaciones directas de la ruta clásica de la tirosina. Esta cepa conservó un comportamiento de crecimiento comparable la cepa Wild Type en fases tempranas, pero muestra una disminución de viabilidad en etapas tardías correlacionada con altos niveles de pigmento, cambios en la formación de biofilm y ausencia de alteraciones significativas en la solubilización de fosfato, indicando un equilibrio entre beneficios adaptativos frente al estrés y costos fisiológicos asociados a la acumulación de melanina. En segundo lugar, se realizó un análisis comparativo de la estructura de piomelaninas purificadas de cepas de referencia, mutantes isogénicas y aislamientos clínicos. Esto reveló patrones espectroscópicos diferenciados (UV, FT-IR y RMN), lo que permitió sub-agrupar las melaninas en dos subconjuntos: Por un lado, las cepas de referencia de P. aeruginosa; por el otro un aislamiento clínico y la cepa ambiental productora de P. extremaustralis. Estas diferencias estructurales tambien impactaron en capacidades variables de neutralización de especies reactivas y eficiencias distintas en la protección frente a agentes oxidantes y radiación UVC. Todas las melaninas estudiadas contribuyeron a incrementar la tolerancia al estrés oxidativo, pero ciertas piomelaninas se destacaron por conferir una fotoprotección más marcada, mostrando que variaciones sutiles en la arquitectura del polímero se traducen en efectos funcionales divergentes sobre la supervivencia bacteriana bajo condiciones de estrés. Finalmente, se caracterizó un aislamiento clínico de P. aeruginosa (PAH) productor de una melanina no convencional en este género, definido por una naturaleza bifásica con una fracción soluble tipo piomelanina y una fracción insoluble enriquecida en motivos indólicos. Este pigmento híbrido se vinculó con elevada resistencia a estresores oxidativos y con la modulación de la adhesión bacteriana a células epiteliales, potenciando la colonización y favoreciendo patrones específicos de interacción con otros patógenos, lo que sugiere un ajuste fino del fenotipo melanogénico al microambiente inflamatorio y polimicrobiano del pulmón con fibrosis quística. La integración de estos hallazgos posiciona a las melaninas de Pseudomonas como productos metabólicos relevantes donde convergen el metabolismo de aminoácidos aromáticos, la homeostasis de metales, la respuesta frente a especies reactivas de oxígeno, la fotoprotección y la regulación de factores de virulencia, biofilm, competencia microbiana e interacción con el hospedador. La evidencia de que la variabilidad estructural de las melaninas determina de manera precisa la magnitud de la protección frente a oxidantes y UVC, así como su capacidad para modular parámetros de virulencia, permite proponer a estos polímeros como determinantes dinámicos de adaptación ambiental y patogénesis. Como conclusiones generales, esta tesis demuestra que las reconfiguraciones genéticas y regulatorias no canónicas pueden disparar fenotipos melanogénicos con consecuencias fisiológicas específicas y con posibles aplicaciones biotecnológicas finamente ajustables. A su vez, que las piomelaninas bacterianas conforman un espectro estructural y funcional asociado a respuestas diferenciales frente al estrés y al control de la virulencia, y que la identificación de melaninas híbridas en aislamientos clínicos refleja una optimización adaptativa al nicho inflamatorio crónico.
Abstract:
Species of the genus Pseudomonas exhibit marked ecological and metabolic plasticity, which enables them to colonize highly contrasting environments, ranging from extreme natural habitats to chronic clinical niches. Bacterial persistence is linked to complex networks of virulence, antibiotic resistance, and tolerance to oxidative stress. In this context, melanin production emerges as a relevant trait that modulates host-pathogen interactions, metal availability, and the organization of polymicrobial communities. However, the structural and functional diversity of these melanins across Pseudomonas species and isolates, and their integrated impact on environmental adaptation and pathogenesis, remains poorly defined. Accordingly, the overall aim of this thesis is to characterize the structural, functional, and metabolic diversity of melanins produced by different Pseudomonas species and isolates, in order to elucidate their roles in stress adaptation and bacterial virulence. First, a melanogenic mutant strain of Pseudomonas extremaustralis (PexM) was analyzed. In this strain, pyomelanin production is associated with disruption of a non-canonical determinant linked to c-di-GMP signaling, indicating that melanogenesis can arise from global regulatory reconfigurations rather than from direct modifications of the classical tyrosine catabolic pathway. This mutant displayed growth behavior comparable to the wild-type strain during early phases, but showed reduced viability at later stages, correlating with high pigment levels, altered biofilm formation, and the absence of significant changes in phosphate solubilization. These results point to a balance between adaptive benefits under stress and physiological costs associated with melanin accumulation. Second, a comparative structural analysis was conducted using purified pyomelanins from reference strains, isogenic mutants, and clinical isolates. This revealed distinct spectroscopic profiles (UV, FT-IR, and NMR), enabling subdivision of the melanins into two subsets: pyomelanins from P. aeruginosa reference strains; and those from a clinical isolate and an environmental pyomelanin-producing P. extremaustralis strain. These structural differences were associated with variable capacities for reactive species scavenging and with different efficiencies in protection against oxidative agents and UVC radiation. While all melanins studied increased tolerance to oxidative stress, specific pyomelanins conferred more pronounced photoprotection, demonstrating that subtle variations in polymer architecture translate into divergent functional effects on bacterial survival under stress conditions. Finally, a clinical P. aeruginosa isolate (PAH) producing a non-conventional melanin for this species was characterized. This pigment displayed a biphasic nature, comprising a soluble pyomelanin-like fraction and an insoluble fraction enriched in indolic motifs. The hybrid pigment was associated with high resistance to oxidative stressors and with modulation of bacterial adhesion to epithelial cells, enhancing colonization and promoting specific patterns of interaction with other pathogens. These findings suggest fine-tuning of the melanogenic phenotype to the inflammatory and polymicrobial microenvironment of the cystic fibrosis lung. Collectively, these results position Pseudomonas melanins as metabolically relevant products at the intersection of aromatic amino acid metabolism, metal homeostasis, responses to reactive oxygen species, photoprotection, and the regulation of virulence factors, biofilm formation, microbial competition, and host interaction. Evidence that structural variability precisely determines the magnitude of protection against oxidants and UVC, as well as the capacity to modulate virulence-related parameters, supports the proposal that these polymers act as dynamic determinants of environmental adaptation and pathogenesis. Overall, this thesis demonstrates that non-canonical genetic and regulatory reconfigurations can trigger melanogenic phenotypes with distinct physiological consequences and with potentially tunable biotechnological applications. Furthermore, it shows that bacterial pyomelanins comprise a structural and functional spectrum associated with differential stress responses and virulence control, and that the identification of hybrid melanins in clinical isolates reflects adaptive optimization to chronic inflammatory niches.
Citación:
---------- APA ----------
Díaz Appella, Mateo Nicolás. (2026). Variabilidad estructural y metabólica de melaninas en Pseudomonas : impacto en la resistencia a estrés y virulencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7914_DiazAppella
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Díaz Appella, Mateo Nicolás. "Variabilidad estructural y metabólica de melaninas en Pseudomonas : impacto en la resistencia a estrés y virulencia". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2026.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7914_DiazAppella
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