Quorum sensing-remmers: dragen bij aan de evolutie van faagresistentie van Pseudomonas aeruginosa op basis van het CRISPR-immuunsysteem

Antimicrobiële resistentie is een belangrijk probleem bij klinische behandeling en Pseudomonas aeruginosa is een potentieel doelwit voor faagvirusinfectie na een operatie. Laboratoriumstudies hebben aangetoond dat Pseudomonas aeruginosa CRISPR-Cas adaptieve immuunsysteemgenen gebruikt om immuungeheugen te genereren voor bacteriofagen en ander parasitair DNA, snel evolueren in een complexe natuurlijke omgeving en bacteriofaagresistentie ontwikkelen, waardoor het gebruik van faagtherapie wordt beperkt. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat het Quorum Sensing (QS)-systeem de expressie van het CRISPR-Cas-immuunsysteem van Pseudomonas aeruginosa reguleert. Het QS-systeem van Pseudomonas aeruginosa bestaat uit LasIR en RhlIR, die de expressie van fysiologische functies zoals het CRISPR-Cas-immuunsysteem, virulentie en biofilm kunnen reguleren. LasIR reguleert de expressie van 3-oxo-C12-homoserinelacton (3OC12-HSL) signaalmolecuul, RhlIR reguleert de expressie van C4-homoserinelacton (C4-HSL) signaalmolecuul. Daarom speculeren onderzoekers dat het gebruik van medische quorum sensing-remmers (Quorum Sensing-remmers, QSI) de evolutie van Pseudomonas aeruginosa op basis van CRISPR-immuunloci kan beperken en toepassen op klinisch onderzoek.

In deze studie gebruikten de onderzoekers Baicalein als QSI om het effect ervan op Pseudomonas aeruginosa CRISPR-gebaseerde faag (DMS3vir) resistentie te bestuderen. Tegelijkertijd werd een QS-genmutantstam van Pseudomonas aeruginosa geconstrueerd zodat de mutante stam geen 3OC12-HSL en C4-HSL kon produceren. Door aanvulling van 3OC12-HSL en C4-HSL werd de evolutie van faagresistentie van Pseudomonas aeruginosa op basis van het CRISPR-Cas-immuunsysteem geanalyseerd. Mechanisme om de faagadsorptie- en klaringscapaciteiten van Pseudomonas aeruginosa te bestuderen. Bovendien werden faaggevoelige bacteriën (CRISPR-KO) en faagresistente bacteriën (CRISPR-KO oppervlaktemutanten) gebruikt als controles om de veranderingen in het vermogen van Pseudomonas aeruginosa om te concurreren met fagen nadat het QS-systeem was geblokkeerd, te bestuderen.

In de controlegroep nam de wildtype faagresistentie van Pseudomonas aeruginosa af naarmate de faagdichtheid toenam. In tegenstelling tot het verwachte resultaat dat QSI de resistentie van Pseudomonas aeruginosa zou verminderen, nam de resistentie van Pseudomonas aeruginosa tegen fagen echter toe wanneer 100 M baicaleïne werd toegevoegd. Wanneer faaggevoelige bacteriën 104pfu- of 107pfu-faag infecteren, neemt hun resistentie aanzienlijk toe. Daarnaast blijkt uit de onderzoeksresultaten dat wanneer het QS-systeem van Pseudomonas aeruginosa wordt geremd, het voor de faag moeilijk is om de gastheer te infecteren. Wanneer het QS-systeem werd geremd, nam de relatieve fitheid van Pseudomonas aeruginosa in de omgeving van 106 pfu-faag significant toe. In deze studie beïnvloedde QSI de expressie van bacteriële type IV fimbriae, wat leidde tot vertraagde lysis van bacterieculturen, waardoor de snelheid van faagadsorptie werd verlaagd en de evolutie van faagresistentie in het bacteriële CRISPR-immuunsysteem werd vergemakkelijkt. Daarom vermindert QSI het specifieke therapeutische effect van infectieuze pili-type faag op Pseudomonas aeruginosa.