Un gene precedentemente non caratterizzato, PA2146, contribuisce alla formazione del biofilm e alla tolleranza ai farmaci in tutto il ɣ

npj Biofilm e microbiomi volume 8, numero articolo: 54 (2022) Citare questo articolo

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Studi di trascrittomica hanno rivelato un gran numero di geni non caratterizzati che sono espressi in modo differenziale nei biofilm, che possono essere importanti nella regolazione dei fenotipi dei biofilm come la resistenza agli agenti antimicrobici. Per identificare i geni del biofilm con funzione sconosciuta in P. aeruginosa, abbiamo utilizzato RNA-seq e selezionato 27 geni non caratterizzati che sono stati indotti dalla crescita del biofilm. I biofilm dei rispettivi mutanti sono stati successivamente analizzati per due caratteristiche del biofilm, l'architettura del biofilm e la suscettibilità ai farmaci. Lo screening ha rivelato che 12 dei 27 geni contribuiscono alla formazione del biofilm e 13 sono sensibili ai farmaci, con 8 geni che influenzano entrambi i fenotipi del biofilm. Tra i geni che influenzano entrambi i fenotipi del biofilm c'era PA2146, che codifica per una piccola ipotetica proteina che ha mostrato alcuni degli aumenti più sostanziali nell'abbondanza di trascritti durante la crescita del biofilm da parte di P. aeruginosa PAO1 e isolati clinici. PA2146 è altamente conservato negli ɣ-proteobatteri. L'inattivazione di PA2146 ha influenzato entrambi i fenotipi del biofilm in P. aeruginosa PAO1, con l'inattivazione degli omologhi in Klebsiella pneumoniae ed Escherichia coli che hanno effetti simili. L'espressione eterologa degli omologhi di PA2146 completava il ∆PA2146 di P. aeruginosa, suggerendo che gli omologhi di PA2146 sostituiscono e svolgono un ruolo simile a PA2146 in P. aeruginosa.

I batteri crescono preferenzialmente come comunità di biofilm in diversi contesti tra cui l'ambiente naturale, i sistemi industriali e la sfera medica1,2,3. La crescita all’interno dei biofilm offre protezione da condizioni avverse, come la difesa dal pascolo dei protozoi negli ambienti marini, la resistenza agli agenti antimicrobici durante la decontaminazione delle apparecchiature industriali e mediche e l’evasione delle risposte immunitarie dell’ospite durante le infezioni4,5,6,7. La prova di questa modalità di crescita protetta appare presto nella documentazione fossile (~ 3,25 miliardi di anni fa) ed è comune in una vasta gamma di organismi sia del lignaggio degli Archaea che dei Bacteria, suggerendo che la crescita del biofilm è una componente integrale del ciclo di vita procariotico8 . In effetti, gli studi sui biofilm formati da diversi procarioti hanno rivelato tendenze comuni e caratteristiche fenotipiche dei biofilm, come affrontato in diverse revisioni9,10,11,12. Queste tendenze comuni includono la comunicazione cellula-cellula o rilevamento del quorum (QS), la produzione di sostanze polimeriche extracellulari per formare una matrice protettiva, la presenza di eDNA come componente della matrice e la modulazione della motilità, delle adesine e del c-di -I livelli di GMP sono stati identificati come fattori chiave nella formazione di biofilm. Inoltre, la sovraregolazione dei geni coinvolti nell'adattamento alla fase stazionaria, allo stress ambientale e all'anaerobiosi è stata identificata come caratteristiche comuni associate alla crescita del biofilm13,14. Nel loro insieme, questi risultati hanno portato alla nozione che le cellule del biofilm siano distinte dalle cellule in fase stazionaria e abbiano alcuni tratti che sono più comuni nelle cellule associate al biofilm che in quelle planctoniche.

Gli studi trascrittomici hanno inoltre rivelato un gran numero di geni/proteine ​​non caratterizzati indotti dalla crescita del biofilm. In effetti, i geni ipotetici e ipotetici conservati costituivano la categoria più ampia di geni regolati in modo differenziale. Utilizzando RNA-seq, Iraola et al.15 hanno scoperto che 289 geni su 575 (50%) erano espressi in modo differenziale in condizioni associate alla crescita del biofilm da parte di Leptospira biflexa che erano annotati come ipotetici geni codificanti proteine. Whiteley et al.16 hanno determinato che la formazione del biofilm da parte di P. aeruginosa coincideva con circa il 34% dei 73 geni regolati dal biofilm codificati per ipotetiche proteine ​​con funzione sconosciuta. Inoltre, l'esposizione dei biofilm alla tobramicina coincideva con l'espressione differenziale di 20 geni, 12 dei quali sono stati classificati come geni codificanti per ipotetiche proteine ​​con funzione sconosciuta16. Allo stesso modo, un'analisi trascrittomica condotta da Seneviratne et al.17 ha indicato la formazione di biofilm di Enterococcus faecalis e la resistenza agli agenti antimicrobici incluso l'arsenico, in coincidenza con l'espressione differenziale di un gran numero di geni putativi. Nel tentativo di determinare i geni correlati alla modalità di crescita associata alla superficie del Vibrio cholerae, Moorthy e Watnick18 hanno identificato 12 gruppi di geni che codificano per proteine ​​con funzione sconosciuta che dimostravano modelli di espressione simili in condizioni associate alla superficie, inclusa la crescita come monostrati o biofilm, rispetto alla modalità di crescita planctonica.