La ribonucleasi PNPasi è un regolatore chiave della formazione del biofilm nella Listeria monocytogenes e influenza l'invasione delle cellule ospiti

npj Biofilm e microbiomi volume 9, numero articolo: 34 (2023) Citare questo articolo

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I biofilm forniscono un ambiente che protegge i microrganismi da stress esterni come la privazione di nutrienti, trattamenti antibiotici e difese immunitarie, creando così condizioni favorevoli per la sopravvivenza e la patogenesi dei batteri. Qui mostriamo che la proteina legante l'RNA e la ribonucleasi polinucleotide fosforilasi (PNPasi) sono un regolatore positivo della formazione di biofilm nel patogeno umano Listeria monocytogenes, uno dei principali responsabili della contaminazione alimentare negli ambienti di lavorazione alimentare. Il ceppo mutante della PNPasi produce meno biomassa del biofilm e mostra una morfologia del biofilm alterata che è più suscettibile al trattamento antibiotico. Attraverso test biochimici e analisi microscopiche, dimostriamo che la PNPasi è un regolatore precedentemente non riconosciuto della composizione della matrice extracellulare del biofilm, che influenza notevolmente i livelli di proteine, DNA extracellulare e zuccheri. Degno di nota, abbiamo adattato l'uso del complesso fluorescente rosso-fenantrolina di rutenio per il rilevamento di polisaccaridi nei biofilm di Listeria. L'analisi trascrittomica dei biofilm wild-type e mutanti della PNPasi rivela che la PNPasi influisce su molti percorsi regolatori associati alla formazione del biofilm, in particolare influenzando l'espressione dei geni coinvolti nel metabolismo dei carboidrati (ad esempio, lmo0096 e lmo0783, che codificano per i componenti PTS), degli aminoacidi (ad esempio, lmo1984 e lmo2006, che codificano per enzimi biosintetici) e nel sistema di rilevamento del quorum Agr (lmo0048-49). Inoltre, mostriamo che la PNPasi influenza i livelli di mRNA del regolatore principale della virulenza PrfA e dei geni regolati da PrfA, e questi risultati potrebbero aiutare a spiegare la ridotta internalizzazione batterica nelle cellule umane del mutante ΔpnpA. Nel complesso, questo lavoro dimostra che la PNPasi è un importante regolatore post-trascrizionale della virulenza e dell'adattamento allo stile di vita del biofilm dei batteri Gram-positivi ed evidenzia il ruolo crescente delle ribonucleasi come attori critici nella patogenicità.

I biofilm sono la modalità di crescita prevalente per i microrganismi negli ecosistemi naturali. Tuttavia, costituiscono una crescente preoccupazione medica dato che l’80% delle infezioni microbiche sono associate ai biofilm1,2 e contribuiscono alla persistenza delle infezioni croniche3. I biofilm sono definiti come comunità di microrganismi attaccati a superfici biotiche o abiotiche e racchiusi in sostanze polimeriche extracellulari idratate (EPS) autoprodotte, note anche come matrice del biofilm4,5. Polisaccaridi, proteine, fosfolipidi e acidi nucleici sono i componenti principali della matrice extracellulare del biofilm6. I microrganismi sessili sono protetti dalla matrice circostante e possono sopportare stress esterni come la privazione di nutrienti e l'essiccamento molto meglio dei batteri planctonici, oltre ad essere molto meno suscettibili all'azione degli agenti antimicrobici e alle difese immunitarie dell'ospite7. La struttura del biofilm consente l'accumulo di componenti delle cellule lisate e favorisce il trasferimento genico orizzontale tra batteri e la comunicazione cellula-cellula6,8.

La formazione di biofilm è stata associata alla virulenza in diversi batteri patogeni promuovendo l'infezione. Listeria monocytogenes (Listeria) è un batterio patogeno Gram-positivo che causa la listeriosi, una delle infezioni di origine alimentare più letali nell'uomo9. Può sopravvivere a livello intracellulare, manipolare i meccanismi cellulari dell'ospite e sfuggire al sistema immunitario10. L. monocytogenes resiste a condizioni ambientali avverse come basse temperature, basso pH e elevate concentrazioni saline11. Inoltre, può aderire a diversi tipi di superfici, persistere sotto forma di biofilm negli ambienti di lavorazione alimentare e contaminare i prodotti alimentari, rendendo questo batterio un grave problema per l’industria alimentare12,13,14,15. Se coltivati ​​in condizioni statiche, i biofilm di L. monocytogenes possono presentarsi sotto forma di monostrato batterico16 o formare un biofilm a nido d'ape17. Possono anche formare strutture a forma di sfera in condizioni di flusso continuo18.