Kvorumo jutimo inhibitoriai: prisideda prie Pseudomonas aeruginosa atsparumo fagams vystymosi, remiantis CRISPR imunine sistema

Atsparumas antimikrobinėms medžiagoms yra svarbi klinikinio gydymo problema, o Pseudomonas aeruginosa yra galimas fagų viruso infekcijos taikinys po operacijos. Laboratoriniai tyrimai parodė, kad Pseudomonas aeruginosa naudoja CRISPR-Cas prisitaikančios imuninės sistemos genus, kad sukurtų imuninę atmintį bakteriofagams ir kitai parazitinei DNR, greitai vystytųsi sudėtingoje natūralioje aplinkoje ir vystytųsi atsparumas bakteriofagams, taip apribojant fagų terapijos naudojimą. Naujausi tyrimai parodė, kad kvorumo jutimo (QS) sistema reguliuoja Pseudomonas aeruginosa CRISPR-Cas imuninės sistemos raišką. Pseudomonas aeruginosa QS sistemą sudaro LasIR ir RhlIR, kurios gali reguliuoti fiziologinių funkcijų, tokių kaip CRISPR-Cas imuninė sistema, virulentiškumas ir bioplėvelė, išraišką. LasIR reguliuoja 3-okso-C12-homoserino laktono (3OC12-HSL) signalinės molekulės ekspresiją, RhlIR reguliuoja C4-homoserino laktono (C4-HSL) signalinės molekulės ekspresiją. Todėl mokslininkai spėja, kad naudojant medicininius kvorumo jutimo inhibitorius (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) galima apriboti Pseudomonas aeruginosa evoliuciją remiantis CRISPR imuniniais lokusais ir pritaikyti juos klinikiniams tyrimams.

Šiame tyrime mokslininkai naudojo Baicalein kaip QSI, kad ištirtų jo poveikį Pseudomonas aeruginosa CRISPR pagrįstam fagų (DMS3vir) atsparumui. Tuo pačiu metu buvo sukurta QS geno mutantinė Pseudomonas aeruginosa padermė, kad mutantinė padermė negalėtų gaminti 3OC12-HSL ir C4-HSL. Papildant 3OC12-HSL ir C4-HSL, buvo analizuojama Pseudomonas aeruginosa atsparumo fagams raida, pagrįsta CRISPR-Cas imunine sistema. Pseudomonas aeruginosa fagų adsorbcijos ir pašalinimo galimybių tyrimo mechanizmas. Be to, fagai jautrios bakterijos (CRISPR-KO) ir fagams atsparios bakterijos (CRISPR-KO paviršiaus mutantai) buvo naudojamos kaip kontrolė, siekiant ištirti Pseudomonas aeruginosa gebėjimo konkuruoti su fagais pokyčius užblokavus QS sistemą.

Kontrolinėje grupėje padidėjus fagų tankiui, sumažėjo Pseudomonas aeruginosa laukinio tipo fagų atsparumas. Tačiau, skirtingai nei tikėtasi rezultato, kad QSI sumažintų Pseudomonas aeruginosa atsparumą, kai buvo pridėta 100 μM baicaleino, Pseudomonas aeruginosa atsparumas fagui padidėjo. Kai fagui jautrios bakterijos užkrečia 104pfu arba 107pfu fagą, jų atsparumas žymiai padidėja. Be to, tyrimų rezultatai rodo, kad kai Pseudomonas aeruginosa QS sistema yra slopinama, fagui sunku užkrėsti šeimininką. Kai QS sistema buvo slopinama, santykinis Pseudomonas aeruginosa tinkamumas 106 pfu fagų aplinkoje žymiai padidėjo. Šiame tyrime QSI paveikė IV tipo bakterijų fimbrijų išraišką, dėl to vėluoja bakterijų kultūros, sumažėja fagų adsorbcijos greitis ir palengvėja bakterijų CRISPR imuninės sistemos atsparumo fagams raida. Todėl QSI sumažina specifinį infekcinio pilio tipo fago terapinį poveikį Pseudomonas aeruginosa.