Inhibitory wykrywania quorum: przyczyniają się do ewolucji oporności na fagi Pseudomonas aeruginosa w oparciu o układ odpornościowy CRISPR

Oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe jest ważnym problemem w leczeniu klinicznym, a Pseudomonas aeruginosa jest potencjalnym celem infekcji wirusem fagowym po zabiegu chirurgicznym. Badania laboratoryjne wykazały, że Pseudomonas aeruginosa wykorzystuje geny adaptacyjnego układu odpornościowego CRISPR-Cas do generowania pamięci immunologicznej bakteriofagom i innym pasożytniczym DNA, szybko ewoluują w złożonym środowisku naturalnym i rozwijają oporność na bakteriofagi, co ogranicza stosowanie fagoterapii. Ostatnie badania wykazały, że system Quorum Sensing (QS) reguluje ekspresję układu odpornościowego CRISPR-Cas Pseudomonas aeruginosa. System QS Pseudomonas aeruginosa składa się z LasIR i RhlIR, które mogą regulować ekspresję funkcji fizjologicznych, takich jak układ odpornościowy CRISPR-Cas, zjadliwość i biofilm. LasIR reguluje ekspresję cząsteczki sygnałowej laktonu 3-okso-C12-homoseryny (3OC12-HSL), RhlIR reguluje ekspresję cząsteczki sygnałowej laktonu C4-homoseryny (C4-HSL). Dlatego naukowcy spekulują, że zastosowanie medycznych inhibitorów wykrywania quorum (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) może ograniczyć ewolucję Pseudomonas aeruginosa w oparciu o loci immunologiczne CRISPR i zastosować je w badaniach klinicznych.

W tym badaniu naukowcy wykorzystali Baicalein jako QSI do zbadania jego wpływu na oporność na fagi oparte na CRISPR (DMS3vir) Pseudomonas aeruginosa. W tym samym czasie skonstruowano zmutowany szczep genu QS Pseudomonas aeruginosa, tak aby zmutowany szczep nie mógł wytwarzać 3OC12-HSL i C4-HSL. Uzupełniając 3OC12-HSL i C4-HSL, przeanalizowano ewolucję oporności na fagi Pseudomonas aeruginosa w oparciu o układ odpornościowy CRISPR-Cas. Mechanizm badania zdolności do adsorpcji i usuwania fagów Pseudomonas aeruginosa. Ponadto bakterie fago-wrażliwe (CRISPR-KO) i bakteriofagi oporne (mutanty powierzchniowe CRISPR-KO) wykorzystano jako kontrole do badania zmian zdolności Pseudomonas aeruginosa do konkurowania z fagiem po zablokowaniu systemu QS.

W grupie kontrolnej oporność na fagi typu dzikiego Pseudomonas aeruginosa zmniejszała się wraz ze wzrostem gęstości fagów. Jednak w przeciwieństwie do oczekiwanego wyniku, zgodnie z którym QSI zmniejszy oporność Pseudomonas aeruginosa, po dodaniu 100 μM bajkalii oporność Pseudomonas aeruginosa na fagi wzrosła. Gdy bakterie wrażliwe na faga infekują faga 104pfu lub 107pfu, ich oporność znacznie wzrasta. Ponadto wyniki badań pokazują, że gdy system QS Pseudomonas aeruginosa jest zahamowany, fagowi trudno jest zainfekować gospodarza. Gdy system QS został zahamowany, względna sprawność Pseudomonas aeruginosa w środowisku faga 106 pfu znacznie wzrosła. W tym badaniu QSI wpłynęło na ekspresję fimbrii bakteryjnych typu IV, prowadząc do opóźnionej lizy kultur bakteryjnych, zmniejszając szybkość adsorpcji fagów i ułatwiając ewolucję oporności na fagi w bakteryjnym układzie odpornościowym CRISPR. Dlatego QSI zmniejsza swoisty efekt terapeutyczny zakaźnego faga typu pilus na Pseudomonas aeruginosa.