L’interruzione probiotica del rilevamento del quorum riduce la virulenza e aumenta la sensibilità alla cefoxitina nella meticillina

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4373 (2023) Citare questo articolo

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Le terapie mirate ai sistemi di rilevamento del quorum (QS) che regolano la virulenza nello Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA) sono un'alternativa promettente agli antibiotici. I sistemi QS svolgono un ruolo cruciale nella regolazione della resistenza agli antibiotici MRSA, della produzione di esotossine, della protezione antiossidante e dell’evasione delle cellule immunitarie e sono quindi bersagli terapeutici attraenti per ridurre la virulenza di un agente patogeno. Nel presente lavoro sono stati testati gli effetti dei peptidi bioattivi isolati da due ceppi di batteri lattici rispetto alla resistenza agli antibiotici, alla produzione di carotenoidi, alla resistenza all'uccisione ossidativa e alla struttura del biofilm in due isolati clinici di MRSA. I risultati ottenuti dai test di concentrazione inibente frazionata con molecole bioattive sfuse e semi-purificate hanno mostrato un significativo effetto sinergico che aumenta l'uccisione dell'MRSA mediata dalla cefoxitina. Ciò è stato abbinato a una diminuzione di sei volte della stafiloxantina, il principale pigmento della membrana, e a un aumento del 99% della suscettibilità all’uccisione mediata dallo stress ossidativo. L'analisi PCR quantitativa in tempo reale dei geni QS agrA e luxS ha mostrato un'espressione differenziale tra i ceppi di MRSA e una significativa sottoregolazione del gene dell'emolisina hla. La microscopia ottica e la microscopia elettronica a scansione hanno rivelato un'alterazione nella formazione del biofilm e nel comportamento di clustering. Questi risultati dimostrano che i metaboliti bioattivi possono essere efficacemente applicati in tandem con antibiotici beta-lattamici per sensibilizzare l’MRSA alla cefoxitina. Inoltre, questi risultati hanno dimostrato che diversi meccanismi chiave di virulenza controllati dal QS sono diminuiti dai metaboliti probiotici.

L’uso eccessivo di antibiotici ha storicamente contribuito all’aumento dei batteri resistenti agli antibiotici selezionando la resistenza emergente1, e non si prevede più che la dipendenza dalle monoterapie antibiotiche sia in grado di tenere il passo contro i ceppi batterici resistenti emergenti2,3. Una strategia per contribuire a gestire la diffusione della resistenza antimicrobica consiste nell’abbassare la pressione selettiva che contribuisce all’emergere della resistenza limitando l’uso degli antimicrobici consolidati4. Di conseguenza, vi è una maggiore attenzione nella ricerca di alternative alle monoterapie tradizionali con farmaci antibiotici3,5. In particolare, le terapie alternative che interferiscono con il rilevamento del quorum batterico (QS) e la comunicazione cellula-cellula rappresentano un approccio promettente per gestire meglio la diffusione della resistenza antimicrobica. I sistemi QS batterici utilizzano meccanismi regolatori altamente sofisticati per favorire la patogenesi batterica adattando l’espressione dei geni di virulenza all’ambiente fluttuante dell’ospite durante l’infezione. A basse densità di patogeni, le molecole di segnalazione utilizzate per comunicare tra le cellule hanno una bassa concentrazione, ma si accumulano fino a raggiungere una concentrazione soglia quando la densità della popolazione cellulare aumenta. Una volta raggiunta la soglia, le molecole di segnalazione QS vengono captate dalla cellula tramite trasportatori specifici e vengono attivati ​​regolatori trascrizionali che a loro volta inducono i geni di virulenza richiesti in quello stadio della patogenesi6. I sistemi QS non sono direttamente coinvolti nei processi metabolici essenziali e, almeno in teoria, queste alternative non letali eserciterebbero una pressione meno selettiva sugli agenti patogeni con la capacità di esprimere resistenza7,8. Inoltre, poiché i sistemi QS svolgono spesso un ruolo vitale nelle caratteristiche e nei comportamenti tipici dei batteri che contribuiscono alla loro virulenza complessiva, come la produzione di tossine e l’evasione delle cellule immunitarie, gli interferenti QS sono candidati terapeutici interessanti nella lotta contro le infezioni batteriche e la sepsi9,10.

Una di queste nuove alternative recentemente emersa come contendente per combattere i batteri patogeni è l'uso di batteri probiotici e dei loro metaboliti che agiscono come distruttori del QS8. Sebbene le prove scientifiche a sostegno delle affermazioni sui benefici dei probiotici sulla salute umana e animale siano scarse, lavori recenti hanno chiarito diversi meccanismi attraverso i quali i probiotici agiscono per interferire direttamente con la virulenza dei patogeni. È stato dimostrato che i peptidi metabolici prodotti dal Lactobacillus acidophilus riducono la virulenza nei ceppi batterici patogeni riducendo il loro uso del QS per percepire e comunicare nel loro ambiente: un contributo cruciale alla capacità del patogeno di produrre tossine, invadere le cellule ospiti, eludere le cellule immunitarie e formare biofilm11,12. È stato anche dimostrato che i metaboliti isolati dal terreno cellulare esaurito (CFSM) delle colture di Bifidobacterium sottoregolano i principali geni regolatori che controllano i fattori di virulenza necessari per l'attaccamento e l'adesione nella Salmonella enterica sierotipo Typhimurium e nell'Escherichia coli enteroemorragico O157:H713,14. In particolare, è stato dimostrato in vivo che il probiotico Bacillus subtilis produce metaboliti quenching del quorum che hanno contribuito in modo significativo all'esclusione del patogeno commensale Staphylococcus aureus nell'intestino nelle popolazioni rurali tailandesi15.