Kvoruma noteikšanas inhibitori: veiciniet Pseudomonas aeruginosa fagu rezistences attīstību, pamatojoties uz CRISPR imūnsistēmu

Pretmikrobu rezistence ir svarīga problēma klīniskajā ārstēšanā, un Pseudomonas aeruginosa ir potenciāls fāgu vīrusa infekcijas mērķis pēc operācijas. Laboratorijas pētījumi atklāja, ka Pseudomonas aeruginosa izmanto CRISPR-Cas adaptīvās imūnsistēmas gēnus, lai radītu imūnsistēmas atmiņu pret bakteriofāgiem un citu parazītu DNS, ātri attīstītos sarežģītā dabiskā vidē un attīstītu bakteriofāgu rezistenci, tādējādi ierobežojot fāgu terapijas izmantošanu. Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka Quorum Sensing (QS) sistēma regulē Pseudomonas aeruginosa CRISPR-Cas imūnsistēmas ekspresiju. Pseudomonas aeruginosa QS sistēma sastāv no LasIR un RhlIR, kas var regulēt tādu fizioloģisko funkciju izpausmi kā CRISPR-Cas imūnsistēma, virulence un bioplēve. LasIR regulē 3-okso-C12-homoserīna laktona (3OC12-HSL) signalizācijas molekulas ekspresiju, RhlIR regulē C4-homoserīna laktona (C4-HSL) signalizācijas molekulas ekspresiju. Tāpēc pētnieki spekulē, ka medicīnisko kvoruma noteikšanas inhibitoru (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) lietošana var ierobežot Pseudomonas aeruginosa evolūciju, pamatojoties uz CRISPR imūnsistēmas lokiem, un piemērot tos klīniskajiem pētījumiem.

Šajā pētījumā pētnieki izmantoja Baicalein kā QSI, lai izpētītu tā ietekmi uz Pseudomonas aeruginosa CRISPR balstīto fāgu (DMS3vir) rezistenci. Tajā pašā laikā tika izveidots Pseudomonas aeruginosa QS gēna mutanta celms tā, lai mutantu celms nevarētu radīt 3OC12-HSL un C4-HSL. Papildinot 3OC12-HSL un C4-HSL, tika analizēta Pseudomonas aeruginosa fagu rezistences attīstība, pamatojoties uz CRISPR-Cas imūnsistēmu. Mehānisms Pseudomonas aeruginosa fāgu adsorbcijas un attīrīšanas spēju izpētei. Turklāt, lai izpētītu izmaiņas Pseudomonas aeruginosa spējā konkurēt ar fāgiem pēc QS sistēmas bloķēšanas, tika izmantotas fāgjutīgas baktērijas (CRISPR-KO) un pret fagiem izturīgas baktērijas (CRISPR-KO virsmas mutanti).

Kontroles grupā, palielinoties fāgu blīvumam, samazinājās Pseudomonas aeruginosa savvaļas tipa fagu pretestība. Tomēr atšķirībā no paredzamā rezultāta, ka QSI samazinātu Pseudomonas aeruginosa rezistenci, pievienojot 100 μM baicaleīnu, Pseudomonas aeruginosa izturība pret fāgiem palielinājās. Kad fāgjutīgas baktērijas inficē 104pfu vai 107pfu fāgu, to pretestība ievērojami palielinās. Turklāt pētījuma rezultāti rāda, ka, ja tiek kavēta Pseudomonas aeruginosa QS sistēma, fāgam ir grūti inficēt saimnieku. Kad QS sistēma tika kavēta, Pseudomonas aeruginosa relatīvā piemērotība 106 pfu fāgu vidē ievērojami palielinājās. Šajā pētījumā QSI ietekmēja IV tipa baktēriju fimbriju izpausmi, izraisot baktēriju kultūru aizkavēšanos, samazinot fāgu adsorbcijas ātrumu un veicinot fāgu rezistences attīstību baktēriju CRISPR imūnsistēmā. Tāpēc QSI samazina infekciozā pili tipa fāga specifisko terapeitisko iedarbību uz Pseudomonas aeruginosa.