Le pompe ad efflusso sono complessi proteici localizzati a livello della membrana nella maggior parte degli organismi viventi. Nei batteri il loro interesse è stato per anni esclusivamente associato alla capacità di estrudere gli antibiotici rendendosi dunque complici di un fenomeno oggi molto temuto e definito antibiotico resistenza. Tuttavia, le pompe ad efflusso stanno emergendo come nuovi fattori di virulenza.
Shigella, un microrganismo patogeno responsabile della dissenteria bacillare nell¿uomo con esito fatale prevalentemente nei bambini nei paesi in via di sviluppo, rappresenta un ottimo modello per lo studio dei circuiti regolativi alla base della virulenza e delle strategie messe in atto dal batterio per dialogare con la cellula ospite.
Il progetto che proponiamo ha lo scopo di studiare nel dettaglio il ruolo delle pompe ad efflusso nella patogenicità di Shigella. In particolare, prenderemo in esame lo studio della pompa MacAB sia dal punto di vista funzionale sia regolativo. Risultati riguardanti l¿espressione delle pompe ad efflusso durante la vita intracellullare di Shigella precedentemente ottenuti dal nostro gruppo di ricerca (Pasqua et al., 2019) e i dati presenti in letteratura riguardo lo studio della pompa MacAB in altri patogeni umani rinforzano l¿idea che in Shigella l¿operone codificante per questa pompa sia finemente regolato da sistemi a due componenti, quali PhoP/PhoQ, in risposta a specifici segnali esterni.
Shigella è un batterio estremamente ben adattato all'uomo che rappresenta il suo solo ospite conosciuto ed è capace di indurre la patologia di cui è responsabile, la dissenteria bacillare, con una minima dose infettiva (Schnupf and Sansonetti, 2019). In questi anni, numerosi studi hanno contribuito a capire il processo di patogenicità di questo batterio, a decifrarne l'organizzazione del genoma (The et al., 2016), la regolazione dei geni di virulenza in risposta all'ambiente dell'ospite (Di Martino et al., 2016) e il ruolo di Shigella nell'attivazione del sistema immunitario (Ashida et al., 2015).
Grazie ai progetti intrapresi dal nostro gruppo di ricerca negli ultimi anni, le pompe ad efflusso stanno emergendo anche in Shigella come un fattore chiave nelle strategie di comunicazione messe in atto dal batterio. Il lavoro che sto svolgendo offre quindi una nuova prospettiva negli studi delle interazioni tra Shigella e le cellule infettate mettendo in evidenza come il batterio sia in grado di rispondere all'ambiente ostico dell'ospite esprimendo dei complessi sistemi proteici in grado di eliminare eventuali composti tossici e influenzare la fitness del batterio all'interno dell'ospite. Definire il ruolo delle pompe ad efflusso nella virulenza di un batterio patogeno apre la possibilità di identificare potenziali inibitori che ne alterino la virulenza e l'antibiotico resistenza del batterio.
In questo senso lo studio della pompa ad efflusso MacAB si ricollega ad un percorso intrapreso già da alcuni anni dal nostro gruppo di ricerca sia in Shigella sia in Escherichia coli patogeni (AIEC) che ha permesso di identificare dei sistemi proteici importanti per la vita intracellulare di questi patogeni (Pasqua et al., 2019b; Fanelli et al., 2020). Inoltre, si inserisce perfettamente nel quadro di analisi svolte in altri batteri patogeni di grande rilevanza come Salmonella, Vibrio cholerae o Listeria monocytogenes (Alcado-Rico et al., 2016) cercando di dare una visione complessiva del ruolo delle pompe nella vita del batterio. Con questo progetto ci proponiamo inoltre di intraprendere uno studio approfondito della regolazione della pompa MacAB volto ad identificare i sistemi a due componenti responsabili della sua attivazione nelle cellule epiteliali. Questo interesse nasce dall'idea, sviluppata dal gruppo del Prof. Ryutaro Utsumi (University of Osaka, Giappone) con il quale recentemente abbiamo iniziato una collaborazione, che i sistemi a due componenti possano rappresentare potenziali target per composti anti-virulenza.
In prospettiva lo studio degli inibitori delle pompe ad efflusso su un batterio cosi ancora letale nei paesi in via di sviluppo si presenta stimolante e promettente per l'allestimento di nuove terapie che portino al ripristino di quegli antibiotici ampiamente usati prima dell'insorgenza della antibiotico resistenza mediata dalle pompe MDR
Referenze
Ashida H, Mimuro H, Sasakawa C. 2015. Shigella manipulates host immune responses by delivering effector proteins with specific roles. Front Immunol. 6:219.
Di Martino ML, Romilly C, Wagner EG, Colonna B, Prosseda G. 2016. One Gene and Two Proteins: a Leaderless mRNA Supports the Translation of a Shorter Form of the Shigella VirF Regulator. MBio.
Fanelli G, Pasqua M, Colonna B, Prosseda G, Grossi M. 2020. Expression Profile of Multidrug Resistance Efflux Pumps During Intracellular Life of Adherent-Invasive Escherichia coli Strain LF82. Front Microbiol. 11:1935.
Pasqua M, Grossi M, Scinicariello S, Aussel L, Barras F, Colonna B, Prosseda G. 2019b. The MFS efflux pump EmrKY contributes to the survival of Shigella within macrophages. Sci Rep. 9(1):2906.
Schnupf P, Sansonetti PJ. Shigella Pathogenesis: New Insights through Advanced Methodologies. 2019. Microbiol Spectr. 7(2).
The HC, Thanh DP, Holt KE, Thomson NR, Baker S. 2016. The genomic signatures of Shigella evolution, adaptation and geographical spread. Nat Rev Microbiol. 14:235-50.