La lipoproteina CD1687 della parete cellulare agisce come una proteina legante il DNA durante il desossicolato

npj Biofilm e microbiomi volume 9, numero articolo: 24 (2023) Citare questo articolo

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La capacità dei batteri patogeni di instaurare infezioni ricorrenti e persistenti è spesso associata alla loro capacità di formare biofilm. Le infezioni da Clostridioides difficile hanno un alto tasso di recidiva e ricadute e si ipotizza che i biofilm siano coinvolti nella sua patogenicità e persistenza. La formazione del biofilm da parte di C. difficile è ancora poco conosciuta. È stato dimostrato che molecole specifiche come il desossicolato (DCA) o il metronidazolo inducono la formazione di biofilm, ma i meccanismi coinvolti rimangono sfuggenti. In questo studio, descriviamo il ruolo della lipoproteina CD1687 di C. difficile durante la formazione di biofilm indotta da DCA. Abbiamo dimostrato che l'espressione di CD1687, che fa parte di un operone all'interno del cluster genetico CD1685-CD1689, è controllata da più siti di inizio della trascrizione e alcuni sono indotti in risposta al DCA. Per la formazione del biofilm è necessario solo il CD1687 e la sovraespressione di CD1687 è sufficiente per indurre la formazione del biofilm. Utilizzando l'analisi RNAseq, abbiamo dimostrato che CD1687 influenza l'espressione dei trasportatori e delle vie metaboliche e abbiamo identificato diversi potenziali partner leganti mediante test pull-down, comprese le proteine ​​extracellulari associate al trasporto. Abbiamo quindi dimostrato che CD1687 è esposto in superficie in C. difficile e che questa localizzazione è necessaria per la formazione di biofilm indotta da DCA. Data questa localizzazione e il fatto che C. difficile forma biofilm ricchi di eDNA, abbiamo confermato che CD1687 lega il DNA in modo non specifico. Ipotizziamo quindi che CD1687 sia un componente della risposta a valle del DCA che porta alla formazione del biofilm promuovendo l'interazione tra le cellule e la matrice del biofilm legando l'eDNA.

Le infezioni gastrointestinali rappresentano un grave problema di sanità pubblica. Nei paesi ad alto reddito, l’anaerobio sporigeno Gram-positivo Clostridioides difficile è la principale causa di diarrea e colite nosocomiale negli adulti sottoposti a trattamenti antibiotici1,2. Inoltre, le infezioni da C. difficile (CDI) possono essere persistenti, il che rappresenta una sfida importante nella gestione delle CDI dopo l’anti-C. trattamento antibiotico difficile. Le recidive di CDI si verificano in oltre il 20% dei pazienti che ricevono antibiotici per trattare il loro primo episodio di CDI e questo tasso aumenta dopo nuovi episodi3,4. Le cause delle recidive non sono state completamente chiarite. La recidiva può essere causata dalla reinfezione con un nuovo ceppo o dalla recidiva con lo stesso ceppo, suggerendo che C. difficile può persistere nel tratto gastrointestinale5. Le recidive erano inizialmente correlate alla capacità di C. difficile di sporulare durante l'infezione e di resistere al trattamento antibiotico6,7. Tuttavia, si ipotizza anche che le recidive siano associate alla persistenza di C. difficile come biofilm8,9. È noto che le infezioni persistenti e croniche causate da diversi agenti patogeni sono associate alla formazione di biofilm10. Si stima che almeno il 60% di tutte le infezioni batteriche nosocomiali e croniche siano associate a biofilm11. A sostegno di questa ipotesi, è stato recentemente dimostrato che C. difficile integra biofilm formati dal microbiota del colon e questo biofilm ha agito come un serbatoio per la persistenza e la recidiva in un modello di laboratorio di CDI9.

I biofilm sono comunità strutturate di microrganismi associati alle superfici e racchiusi in una matrice extracellulare autoprodotta, che varia tra le specie batteriche12. C. difficile può formare biofilm come singola specie o con altri batteri su varie superfici abiotiche e su diversi sistemi in vitro9,13,14,15. Inoltre, C. difficile può integrare comunità multispecie in vivo durante un'infezione nel topo, suggerendo la sua capacità di integrare i biofilm della mucosa16. Inoltre, C. difficile può formare strutture irregolari simili a biofilm ricche di glicani in un modello murino mono-associato17. Sebbene C. difficile possa integrare biofilm multispecie nel tratto gastrointestinale, le conoscenze sulla biologia della formazione del biofilm di C. difficile in risposta all’ambiente gastrointestinale sono limitate. Durante un'infezione, gli agenti patogeni incontrano diversi fattori ambientali tra cui la presenza di antibiotici, sali biliari, pressione osmotica e diverse fonti di nutrienti e questi sono noti per essere segnali importanti per la formazione di biofilm durante la colonizzazione18,19. È interessante notare che C. difficile dovrebbe affrontare sfide diverse durante la disbiosi poiché cambia l’ambiente nutrizionale, il metabolismo dei sali biliari e gli stress osmotico e ossidativo/nitrosativo20. Ognuno di questi fattori potrebbe indurre la formazione di biofilm. Ad esempio, concentrazioni sub-inibitorie di antibiotici utilizzati per trattare la CDI migliorano la formazione di biofilm in vitro21,22. Inoltre, abbiamo recentemente dimostrato che concentrazioni sub-inibitorie del sale biliare secondario desossicolato (DCA) migliorano la formazione del biofilm di C. difficile15. Nel biofilm indotto dai DCA, le cellule vegetative sono protette dalla tossicità dei DCA, nonché dagli antibiotici e dai peptidi antimicrobici15. Abbiamo dimostrato che i biofilm indotti dai DCA si formano a causa dell'adattamento e della riprogrammazione metabolica che dipendono dai nutrienti disponibili e dai metaboliti escreti. Nel complesso, il piruvato escreto è fondamentale per l'induzione della formazione di biofilm23.