Inibitori del quorum sensing: contribuiscono all'evoluzione della resistenza dei fagi di Pseudomonas aeruginosa basata sul sistema immunitario CRISPR

La resistenza antimicrobica è un problema importante nel trattamento clinico e Pseudomonas aeruginosa è un potenziale bersaglio per l'infezione da virus fagico dopo l'intervento chirurgico. Studi di laboratorio hanno scoperto che Pseudomonas aeruginosa utilizza i geni del sistema immunitario adattativo CRISPR-Cas per generare memoria immunitaria per batteriofagi e altri DNA parassiti, evolvere rapidamente in un ambiente naturale complesso e sviluppare resistenza ai batteriofagi, limitando così l'uso della terapia fagica. Recenti studi hanno dimostrato che il sistema Quorum Sensing (QS) regola l'espressione del sistema immunitario CRISPR-Cas di Pseudomonas aeruginosa. Il sistema QS di Pseudomonas aeruginosa è costituito da LasIR e RhlIR, che possono regolare l'espressione di funzioni fisiologiche come il sistema immunitario CRISPR-Cas, la virulenza e il biofilm. LasIR regola l'espressione della molecola di segnalazione 3-oxo-C12-omoserina lattone (3OC12-HSL), RhlIR regola l'espressione della molecola di segnalazione C4-omoserina lattone (C4-HSL). Pertanto, i ricercatori ipotizzano che l'uso di inibitori del quorum sensing medico (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) possa limitare l'evoluzione di Pseudomonas aeruginosa basata sui loci immunitari CRISPR e applicarli alla ricerca clinica.

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato Baicalein come QSI per studiare il suo effetto sulla resistenza dei fagi basati su CRISPR (DMS3vir) di Pseudomonas aeruginosa. Allo stesso tempo, è stato costruito un ceppo mutante del gene QS di Pseudomonas aeruginosa in modo che il ceppo mutante non potesse produrre 3OC12-HSL e C4-HSL. Integrando 3OC12-HSL e C4-HSL, è stata analizzata l'evoluzione della resistenza dei fagi di Pseudomonas aeruginosa basata sul sistema immunitario CRISPR-Cas. Meccanismo per studiare l'assorbimento dei fagi e le capacità di eliminazione di Pseudomonas aeruginosa. Inoltre, batteri fagi-sensibili (CRISPR-KO) e batteri fagi-resistenti (mutanti di superficie CRISPR-KO) sono stati utilizzati come controlli per studiare i cambiamenti nella capacità di Pseudomonas aeruginosa di competere con i fagi dopo che il sistema QS è stato bloccato.

Nel gruppo di controllo, la resistenza dei fagi wild-type di Pseudomonas aeruginosa è diminuita all'aumentare della densità dei fagi. Tuttavia, a differenza del risultato atteso che QSI ridurrebbe la resistenza di Pseudomonas aeruginosa, quando è stata aggiunta baicaleina 100μM, la resistenza di Pseudomonas aeruginosa al fago è aumentata. Quando i batteri sensibili ai fagi infettano i fagi 104pfu o 107pfu, la loro resistenza aumenta significativamente. Inoltre, i risultati della ricerca mostrano che quando il sistema QS di Pseudomonas aeruginosa è inibito, è difficile per il fago infettare l'ospite. Quando il sistema QS è stato inibito, l'idoneità relativa di Pseudomonas aeruginosa nell'ambiente del fago 106 pfu è aumentata significativamente. In questo studio, QSI ha influenzato l'espressione delle fimbrie batteriche di tipo IV, portando alla lisi ritardata delle colture batteriche, riducendo il tasso di adsorbimento dei fagi e facilitando l'evoluzione della resistenza dei fagi nel sistema immunitario CRISPR batterico. Pertanto, QSI riduce l'effetto terapeutico specifico del fago di tipo pili infettivo su Pseudomonas aeruginosa.