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Jun 29, 2023

Profili genomici e trascrittomici delle colonie di Phoenix

Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 13726 (2022) Cita questo articolo 694 Accessi 1 Citazioni 4 Dettagli metriche altmetriche Pseudomonas aeruginosa è un batterio Gram-negativo responsabile di

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13726 (2022) Citare questo articolo

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Pseudomonas aeruginosa è un batterio Gram-negativo responsabile di numerose infezioni umane. In precedenza, in risposta ad alte concentrazioni di aminoglicosidi venivano identificate nuove varianti tolleranti agli antibiotici note come colonie Phoenix nonché varianti simili a colonie vitali ma non coltivabili (VBNC). In questo studio, i meccanismi alla base della colonia fenice e dell'emergenza di colonie simili a VBNC sono stati ulteriormente esplorati utilizzando sia il sequenziamento dell'intero genoma che il sequenziamento dell'RNA. È stato scoperto che le colonie di Phoenix hanno un polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) nel gene PA4673, che si prevede codifichi una proteina legante il GTP. Nessun SNP è stato identificato all'interno delle colonie simili a VBNC rispetto alla popolazione fondatrice. Il sequenziamento dell'RNA non ha rilevato cambiamenti nell'espressione di PA4673 ma ha rivelato più geni espressi in modo differenziale che potrebbero svolgere un ruolo nell'emergenza della colonia della fenice. Uno di questi geni espressi in modo differenziale, PA3626, codifica per una tRNA pseudouridina sintasi che, una volta eliminata, porta ad una completa mancanza di colonie di fenice. Sebbene non sia immediatamente chiaro se i geni identificati in questo studio possano avere interazioni non ancora riconosciute, essi potrebbero contribuire alla comprensione di come le colonie della fenice siano in grado di emergere e sopravvivere in presenza di esposizione agli antibiotici.

Pseudomonas aeruginosa è un batterio Gram-negativo presente in tutto l'ambiente naturale. Essendo un patogeno opportunistico, è più comunemente associato alle infezioni da fibrosi cistica (FC), ma può risiedere anche in ferite croniche e infezioni del sito post-chirurgico1,2,3. P. aeruginosa utilizza la formazione di biofilm, cellule persistenti e lo sviluppo di meccanismi di resistenza multifarmaco per eludere l'uccisione da parte degli agenti antimicrobici4,5,6,7. Oltre a questi meccanismi di tolleranza e resistenza antimicrobica, è stato riscontrato che P. aeruginosa si adatta rapidamente al suo ambiente nel contesto dell'infezione, sollevando preoccupazioni sulla ridotta efficacia degli agenti antimicrobici nell'eradicazione di P. aeruginosa8.

In uno studio precedente, il nostro laboratorio ha identificato un nuovo fenotipo di P. aeruginosa tollerante agli aminoglicosidi, che abbiamo chiamato colonie della fenice. Le colonie di Phoenix sono in grado di sopravvivere e prosperare in un ambiente carico di antibiotici. Tuttavia, una volta rimosse dall'ambiente antibiotico iniziale, le colonie di Phoenix ritornano al livello selvaggio di sensibilità agli antibiotici9. Le colonie di Phoenix differiscono dalla tolleranza tradizionale in quanto sono in grado di mantenere elevati livelli di attività metabolica durante l'esposizione agli antibiotici, mentre la tolleranza tradizionale è tipicamente il risultato di una crescita lenta o di una diminuzione del metabolismo. Inoltre, le colonie della fenice sono distinte sia dalle colonie eteroresistenti che dalle cellule persistenti. Utilizzando il profilo dell'analisi della popolazione, un metodo tradizionale per identificare l'eteroresistenza, le colonie di Phoenix sono risultate omogeneamente sensibili agli antibiotici dopo l'isolamento. È stato inoltre misurato che la concentrazione di tobramicina nella regione di emergenza della colonia della fenice è circa dieci volte la concentrazione minima inibente (MIC), che impedirebbe il risveglio delle cellule persistenti nel momento in cui compaiono le colonie della fenice10. Nello stesso studio, abbiamo identificato un fenotipo aggiuntivo che era simile al fenotipo delle colonie vitali ma non coltivabili (VBNCs11), tuttavia, queste colonie "simili a VBNC" erano in grado di crescere nell'ambiente antibiotico iniziale ma non potevano essere coltivate altrimenti, comprese le colture contenenti lo stesso antibiotico9. Sebbene il significato di questi fenotipi in ambito clinico sia attualmente sconosciuto, è possibile che le colonie Phoenix o le colonie simili a VBNC possano portare a infezioni croniche o ricorrenti, simili alle cellule persistenti7. Inoltre, mentre sembra che le colonie della fenice emergano solo in presenza di aminoglicosidi9, i meccanismi molecolari e genetici che portano alla colonia della fenice e all'emergenza simile a VBNC sono sconosciuti. Comprendere le alterazioni genetiche in queste cellule o le alterazioni dell’espressione genica può consentire migliori opzioni preventive o terapeutiche nella gestione delle infezioni croniche o ricorrenti.