Quorum Sensing Inhibitoren: Tragen zur Evolution der Phagenresistenz von Pseudomonas aeruginosa auf Basis des CRISPR-Immunsystems bei

Antimikrobielle Resistenz ist ein wichtiges Problem in der klinischen Behandlung, und Pseudomonas aeruginosa ist ein potenzielles Ziel für Phagenvirus-Infektionen nach der Operation. Laborstudien haben ergeben, dass Pseudomonas aeruginosa CRISPR-Cas-adaptive Gene des Immunsystems verwendet, um ein Immungedächtnis für Bakteriophagen und andere parasitäre DNA zu erzeugen, sich in einer komplexen natürlichen Umgebung schnell zu entwickeln und eine Bakteriophagenresistenz zu entwickeln, wodurch der Einsatz der Phagentherapie eingeschränkt wird. Neuere Studien haben gezeigt, dass das Quorum Sensing (QS) System die Expression des CRISPR-Cas Immunsystems von Pseudomonas aeruginosa reguliert. Das QS-System von Pseudomonas aeruginosa besteht aus LasIR und RhlIR, die die Expression physiologischer Funktionen wie des CRISPR-Cas-Immunsystems, der Virulenz und des Biofilms regulieren können. LasIR reguliert die Expression des 3-Oxo-C12-Homoserinlacton (3OC12-HSL) Signalmoleküls, RhlIR reguliert die Expression des C4-Homoserinlacton (C4-HSL) Signalmoleküls. Daher spekulieren Forscher, dass der Einsatz von medizinischen Quorum-Sensing-Inhibitoren (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) die Evolution von Pseudomonas aeruginosa auf basis von CRISPR-Immunloci einschränken und auf die klinische Forschung anwenden kann.

In dieser Studie verwendeten die Forscher Baicalein als QSI, um seine Wirkung auf die Resistenz von Pseudomonas aeruginosa CRISPR-basierter Phagen (DMS3vir) zu untersuchen. Gleichzeitig wurde ein QS-Genmutantenstamm von Pseudomonas aeruginosa so konstruiert, dass der mutierte Stamm 3OC12-HSL und C4-HSL nicht produzieren konnte. Durch die Ergänzung von 3OC12-HSL und C4-HSL wurde die Entwicklung der Phagenresistenz von Pseudomonas aeruginosa basierend auf dem CRISPR-Cas-Immunsystem analysiert. Mechanismus zur Untersuchung der Phagenadsorptions- und Clearancefähigkeiten von Pseudomonas aeruginosa. Darüber hinaus wurden Phagen-sensitive Bakterien (CRISPR-KO) und Phagen-resistente Bakterien (CRISPR-KO-Oberflächenmutanten) als Kontrollen verwendet, um die Veränderungen in der Fähigkeit von Pseudomonas aeruginosa zu untersuchen, mit Phagen zu konkurrieren, nachdem das QS-System blockiert wurde.

In der Kontrollgruppe nahm die Wildtyp-Phagenresistenz von Pseudomonas aeruginosa mit zunehmender Phagendichte ab. Im Gegensatz zu dem erwarteten Ergebnis, dass QSI die Resistenz von Pseudomonas aeruginosa reduzieren würde, erhöhte sich jedoch die Resistenz von Pseudomonas aeruginosa gegen Phagen, wenn 100μM Baicalein hinzugefügt wurde. Wenn Phagen-empfindliche Bakterien 104pfu oder 107pfu Phagen infizieren, erhöht sich ihre Resistenz signifikant. Darüber hinaus zeigen die Forschungsergebnisse, dass, wenn das QS-System von Pseudomonas aeruginosa gehemmt wird, es für den Phagen schwierig ist, den Wirt zu infizieren. Wenn das QS-System gehemmt wurde, nahm die relative Fitness von Pseudomonas aeruginosa in der Umgebung von 106 pfu-Phagen signifikant zu. In dieser Studie beeinflusste QSI die Expression von bakteriellen Typ-IV-Fimbrien, was zu einer verzögerten Lyse von Bakterienkulturen führte, die Phagenadsorptionsrate reduzierte und die Entwicklung der Phagenresistenz im bakteriellen CRISPR-Immunsystem erleichterte. Daher reduziert QSI die spezifische therapeutische Wirkung von infektiösem Pili-Typ-Phagen auf Pseudomonas aeruginosa.