Scienziati scoprono un piccolo RNA che regola l’infezione batterica

Ma i batteri a volte possono cambiare il loro comportamento ed entrare nel flusso sanguigno, causando infezioni localizzate croniche che diventano acute e potenzialmente fatali. Nonostante decenni di studio della transizione in ambienti di laboratorio, come e perché il passaggio avvenga negli esseri umani è rimasto sconosciuto.

Tuttavia, i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno identificato il principale meccanismo alla base della transizione tra cronico e acuto P. aeruginosa infezioni. Marvin Whiteley – professore alla School of Biological Sciences e Bennie H. e Nelson D. Abell Chair in Molecular and Cellular Biology – e Pengbo Cao, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Whiteley, hanno scoperto un gene che guida l’interruttore. Misurando l’espressione genica batterica nei campioni di tessuto umano, i ricercatori hanno identificato un biomarcatore per la transizione.

I loro risultati di ricerca, pubblicati in Naturapuò informare lo sviluppo di futuri trattamenti per le infezioni acute potenzialmente letali.

Secondo Whiteley e Cao, i batteri, come gli animali, sono versatili e si comportano in modo diverso a seconda del loro ambiente. Una persona con un’infezione cronica potrebbe stare bene un giorno, ma i cambiamenti ambientali nel corpo possono indurre i batteri a cambiare il loro comportamento. Ciò può portare a un’infezione acuta e una persona potrebbe sviluppare una sepsi che richiede un trattamento immediato.

“Per anni, le persone hanno studiato questi batteri in ambienti di laboratorio ben controllati, anche se il laboratorio è un luogo che la maggior parte dei microbi non ha mai visto”, ha affermato Whiteley. “Il nostro studio ha adottato un nuovo approccio per esaminare direttamente il comportamento del batterio nell’ospite umano”.

I ricercatori hanno scelto di esaminare campioni di tessuto umano di infezioni polmonari e ferite batteriche croniche. Utilizzando tecnologie di sequenziamento genetico, Whiteley e Cao hanno misurato i livelli di tutti i tipi di mRNA presenti nei batteri. Gli mRNA codificano le proteine ​​che fanno tutto il lavoro in una cellula, quindi misurando il livello di mRNA di un batterio, si può dedurre il comportamento del batterio.

Mentre P. aeruginosa ha circa 6.000 geni, Whiteley e Cao hanno scoperto che un gene in particolare, noto come PA1414, era maggiormente espresso nei campioni di tessuto umano rispetto a tutte le altre migliaia di geni messi insieme. I livelli erano così alti che, in un primo momento, Cao e Whiteley pensarono che la quantità di mRNA di PA1414 potesse essere un artefatto, un problema tecnico associato ai metodi di sequenziamento.

“Questo particolare gene non è espresso molto nell’ambiente di laboratorio standard, quindi è stato sorprendente vedere questi livelli”, ha detto Cao. “E a questo punto, la funzione del gene era sconosciuta.”

I ricercatori hanno anche scoperto che il basso contenuto di ossigeno guida l’alta espressione del gene. Questa è una caratteristica ambientale comune delle infezioni batteriche, poiché i batteri incontrano spesso privazione di ossigeno durante le infezioni croniche. Ulteriori test hanno mostrato che il gene regola anche la respirazione batterica in condizioni di scarsità di ossigeno.

È interessante notare che i ricercatori hanno scoperto che invece di codificare una proteina, il gene codifica un piccolo RNA che svolge un ruolo vitale nella respirazione batterica. Hanno chiamato il piccolo RNA SicX (sRNA induttore di infezione cronica X).

I ricercatori hanno poi testato le funzioni del gene in diversi modelli di infezione animale. Hanno osservato che quando SicX non era presente, i batteri si diffondevano facilmente da infezioni croniche in tutto il corpo, causando infezioni sistemiche. Il confronto ha permesso ai ricercatori di determinare che il gene è importante per promuovere l’infezione cronica localizzata. Inoltre, i ricercatori hanno anche dimostrato che l’espressione di SicX è diminuita immediatamente durante la transizione dall’infezione cronica a quella acuta, suggerendo che SicX funge potenzialmente da biomarcatore per il passaggio da cronico ad acuto.

“In altre parole, senza il piccolo RNA, i batteri diventano irrequieti e vanno alla ricerca di ossigeno, perché hanno bisogno di respirare come noi abbiamo bisogno di respirare”, ha detto Whiteley. “Quel bisogno fa sì che i batteri entrino nel flusso sanguigno. Ora sappiamo che i livelli di ossigeno stanno regolando questa transizione”.

Avere una migliore indicazione di quando un’infezione potrebbe entrare nel flusso sanguigno sarebbe un cambio di paradigma per i trattamenti.

“Se è possibile prevedere quando si verificherà un’infezione acuta, un paziente potrebbe eseguire un test diagnostico a casa per determinare se e quando potrebbe aver bisogno di cure, prima che l’infezione diventi pericolosa per la vita”, ha affermato Whiteley.

Lo studio fornisce risposte alle domande di vecchia data su come e perché le infezioni croniche diventano acute. Le scoperte dei ricercatori aprono anche opportunità per sviluppare terapie mirate a questo specifico comportamento molecolare associato P. aeruginosa infezioni.

“Il cronico Pseudomonas l’infezione è solitamente altamente resistente agli antibiotici di prima linea “, ha detto Cao. “Prendendo di mira questo piccolo RNA, potremmo potenzialmente cambiare lo stile di vita dei batteri per renderlo più suscettibile ai trattamenti antibiotici e ottenere una maggiore eliminazione di queste pericolose infezioni”.