L'Haemophilus influenzae non tipizzabile rilasciato dalla residenza nel biofilm mediante anticorpo monoclonale diretto contro un componente della matrice del biofilm mostra un fenotipo vulnerabile

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12959 (2023) Citare questo articolo

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I biofilm batterici contribuiscono in modo significativo alla patogenesi, alla recidiva e/o alla cronicità della maggior parte delle malattie batteriche a causa della loro notevole recalcitranza all’eliminazione. Qui, abbiamo esaminato la cinetica della maggiore sensibilità dell'Haemophilus influenzae (NTHI) non tipizzabile appena rilasciato (NRel) dalla residenza nel biofilm da parte di un anticorpo monoclonale contro una proteina DNABII batterica (α-DNABII) all'uccisione preferenziale da parte di un antibiotico β-lattamico. Questo fenotipo è stato rilevato entro 5 minuti ed è durato circa 6 ore. L'espressione relativa dei geni selezionati a causa del loro noto coinvolgimento nella sensibilità a un β-lattamico ha mostrato un'espressione transitoria e sovraregolata delle proteine ​​leganti la penicillina da parte di α-DNABII NTHI NRel, mentre vi era un'espressione limitata del precursore della β-lattamasi. L'espressione transitoria e down-regolata dei mediatori dello stress ossidativo ha supportato una vulnerabilità con tempi simili all'uccisione intracellulare sensibile alla NADPH-ossidasi da parte dei PMN umani attivati. Inoltre, l'espressione transitoria e sovraregolata della porina principale NTHI si allineava bene con l'aumento osservato della permeabilità della membrana di α-DNABII NTHI NRel, una caratteristica mostrata anche da NRel di tre ulteriori patogeni. Questi dati forniscono informazioni meccanicistiche sul fenotipo α-DNABII NRel transitorio, ma altamente vulnerabile. Questa maggiore comprensione supporta la continua convalida di questo nuovo approccio terapeutico progettato per sfruttare la conoscenza del fenotipo α-DNABII NRel per un’eradicazione più efficace delle malattie recalcitranti legate al biofilm.

I biofilm batterici contribuiscono in modo significativo alla patogenesi delle infezioni acute e croniche1, nonché alla recidiva e alla resilienza di molte malattie al trattamento2. Le malattie comuni in cui i biofilm svolgono un ruolo chiave includono l'otite media, la malattia polmonare cronica ostruttiva, la parodontite e la fibrosi cistica, tra molte altre3,4,5. La tolleranza canonica al biofilm è attribuibile a molteplici fattori ma, cosa importante, dal punto di vista della risoluzione della malattia, i batteri all’interno di un biofilm sono altamente resistenti sia agli antibiotici che agli effettori immunitari dell’ospite6,7,8. In effetti, i batteri residenti nel biofilm sono fino a 1000 volte più resistenti agli antibiotici convenzionali rispetto alle loro controparti coltivate planctonicamente9,10,11. Inoltre, le infezioni che coinvolgono i biofilm sono costose; si stima che l’onere economico globale dei biofilm correlato ai costi medici e sanitari umani sia stato di circa 387 miliardi di dollari nel 201912.

Per trattare efficacemente queste malattie comuni e altamente resistenti legate al biofilm, sono necessarie nuove strategie. Molti laboratori stanno lavorando per raggiungere tali obiettivi13,14,15,16,17,18. A questo proposito, il nostro laboratorio ha sviluppato un approccio mirato basato su anticorpi monoclonali che rilasciano efficacemente i batteri residenti nel biofilm dalla loro matrice strutturale protettiva in modo che possano essere uccisi più facilmente dagli effettori immunitari dell’ospite e/o dagli antibiotici tradizionali. Per fare ciò, ci siamo concentrati specificamente su un costituente strutturale onnipresente della matrice del biofilm batterico, le proteine ​​batteriche che legano il DNA note come famiglia DNABII. Le due proteine ​​DNABII, la proteina simile all'istone (HU) e il fattore ospite di integrazione (IHF), si legano e piegano il DNA a doppio filamento19,20,21. Le proteine ​​DNABII sono posizionate ai vertici dei filamenti trasversali del DNA extracellulare (eDNA) all'interno della matrice del biofilm in cui fungono da proteine ​​fulcro che forniscono un supporto strutturale critico all'impalcatura reticolare dell'eDNA22. Quando i biofilm formati in vitro da diversi agenti patogeni umani vengono incubati con anticorpi diretti contro una proteina DNABII nativa o un immunogeno peptidico sintetico "tip-chimer" da noi progettato per imitare le "punte" immunoprotettive che legano il DNA di una proteina DNABII, l'equilibrio indotto lo spostamento provoca un rapido collasso del biofilm con concomitante rilascio di batteri residenti nel biofilm22,23,24,25.