Una nuova strategia per caratterizzare il modello di β

Aug 01, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9177 (2023) Citare questo articolo

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Secondo il CDC, l’Acinetobacter baumannii (CRAb) resistente ai carbapenemi rappresenta una minaccia urgente per la salute pubblica. Questo patogeno ha poche opzioni terapeutiche e causa gravi infezioni nosocomiali con un tasso di mortalità > 50%. Sebbene studi precedenti abbiano esaminato il proteoma di CRAb, non sono state condotte analisi mirate sui cambiamenti dinamici nell’espressione delle β-lattamasi che possono verificarsi a causa dell’esposizione al farmaco. Qui presentiamo il nostro studio proteomico iniziale sulla variazione nell'espressione della β-lattamasi che si verifica in CRAb con diversi antibiotici β-lattamici. In breve, la resistenza ai farmaci anti-Ab (ATCC 19606) è stata indotta dalla somministrazione di varie classi di antibiotici β-lattamici e il surnatante privo di cellule è stato isolato, concentrato, separato mediante SDS-PAGE, digerito con trypsin e identificato mediante label- proteomica quantitativa gratuita basata su LC-MS. Tredici proteine ​​sono state identificate e valutate utilizzando un database di sequenze di 1789 di β-lattamasi Ab di UniProt, la maggior parte delle quali erano β-lattamasi di classe C (≥ 80%). È importante sottolineare che diversi antibiotici, anche quelli della stessa classe (ad esempio penicillina e amoxicillina), hanno indotto risposte non equivalenti comprendenti varie isoforme delle serina-β-lattamasi di classe C e D, risultando in resistomi unici. Questi risultati aprono la porta a un nuovo approccio di analisi e studio del problema della resistenza multifarmaco nei batteri che dipendono fortemente dall’espressione della β-lattamasi.

L'Acinetobacter baumannii (Ab), un coccobacillo aerobico Gram-negativo, è uno dei patogeni ESKAPE ed è attualmente classificato come una minaccia urgente per la salute pubblica dal CDC1. Questa classificazione è dovuta alla gravità e all’elevata mortalità (in alcuni casi superiore al 50%) delle infezioni da Ab resistenti ai carbapenemi (CRAb)2,3,4,5,6,7,8. Inoltre, queste infezioni sono generalmente nosocomiali e si verificano frequentemente nelle unità di terapia intensiva (UTI; in alcuni casi rappresentano fino al 31% delle infezioni in terapia intensiva in tutto il mondo) dove i pazienti sono già più sensibili2,9,10,11,12.

Per sviluppare nuove strategie terapeutiche per combattere questi agenti patogeni, è necessaria una comprensione più approfondita dei loro meccanismi di resistenza. Tipicamente, i batteri utilizzano una combinazione di modificazione del bersaglio, regolazione dell'afflusso/efflusso, cambiamenti metabolici e disattivazione dei farmaci attraverso l'espressione di β-lattamasi, ma il contributo relativo di queste molteplici strategie varia da patogeno a patogeno7,13. Ad esempio, sebbene Ab e CRAb possano esprimere la proteina legante la penicillina modificata (PBP), questa non è generalmente considerata il meccanismo principale di resistenza a differenza dello Staphylococcus aureus resistente alla meticillina14. Per quanto riguarda specificamente CRAb, i primi studi hanno presentato opinioni contrastanti sull'importanza relativa delle modifiche e della regolazione della PBP, con revisioni più recenti che suggeriscono che la produzione di carbapenemasi tende ad essere il metodo di resistenza più significativo per CRAb14,15,16. Le carbapenemasi, in breve, sono β-lattamasi che possono idrolizzare i carbapenemi oltre ad altri antibiotici β-lattamici. Esempi di questi si trovano nelle serina β-lattamasi di classe A e D e nelle metallo-β-lattamasi di classe B, con la serina β-lattamasi di tipo OXA di classe D che viene regolarmente rilevata in CRAb17,18,19. Studi precedenti hanno anche riportato che una varietà di tali β-lattamasi di tipo OXA può essere trovata in CRAb19; tuttavia, è stato svolto un lavoro limitato nel tentativo di caratterizzare selettivamente l'intera serie di β-lattamasi in un singolo ceppo e confrontarle con mutanti resistenti20,21,22,23.

Catalogare e analizzare la raccolta di questi enzimi può quindi essere un passo fondamentale nello sviluppo di nuove terapie combinate in cui gli inibitori delle β-lattamasi sono combinati con antibiotici β-lattamici. Un recente rapporto ha anche dimostrato che una nuova combinazione di inibitori della β-lattamasi viene utilizzata nel trattamento efficace di un paziente affetto da un’infezione da XDR Ab. Tuttavia, poiché gli inibitori stessi non sono efficaci contro tutte le classi, esiste la possibilità che future mutazioni della β-lattamasi possano rendere gli inibitori inefficaci24,25,26. La difficoltà sta nel fatto che i batteri resistenti ai farmaci possono portare più copie del gene della β-lattamasi, che non hanno bisogno di essere espresse simultaneamente (o almeno non in uguale misura) per mantenere una crescita cellulare efficiente. Pertanto, i batteri possono esprimere collezioni uniche di β-lattamasi, dando origine a resistomi specifici che non sono solo di classe antibiotica (ad esempio β-lattami) ma anche dipendenti dalla molecola. Inoltre, non è noto in che misura questi resistomi mantengano una “memoria” della precedente esposizione agli antibiotici o quanto velocemente possano adattarsi a nuovi fattori di stress ambientali.