Kvoorumitundvad inhibiitorid: aitavad kaasa Pseudomonas aeruginosa faagiresistentsuse kujunemisele, tuginedes CRISPR immuunsüsteemile

Antimikroobne resistentsus on kliinilises ravis oluline probleem ja Pseudomonas aeruginosa on potentsiaalne sihtmärk faagiviiruse infektsiooniks pärast operatsiooni. Laboratoorsetes uuringutes on leitud, et Pseudomonas aeruginosa kasutab CRISPR-Cas adaptiivse immuunsüsteemi geene, et tekitada immuunmälu bakteriofaagide ja muu parasiit-DNA suhtes, areneb kiiresti keerulises looduskeskkonnas ja arendab bakteriofaagiresistentsust, piirates seega faagiravi kasutamist. Hiljutised uuringud on näidanud, et Quorum Sensing (QS) süsteem reguleerib Pseudomonas aeruginosa CRISPR-Cas immuunsüsteemi ekspressiooni. Pseudomonas aeruginosa QS-süsteem koosneb LasIR-ist ja RhlIR-ist, mis võivad reguleerida selliste füsioloogiliste funktsioonide väljendumist nagu CRISPR-Cas immuunsüsteem, virulentsus ja biokile. LasIR reguleerib 3-okso-C12-homoseriinlaktooni (3OC12-HSL) signaalmolekuli ekspressiooni, RhlIR reguleerib C4-homoseriinlaktooni (C4-HSL) signaalmolekuli ekspressiooni. Seetõttu spekuleerivad teadlased, et meditsiiniliste kvoorumitundvate inhibiitorite (Quorum Sensing Inhibitors, QSI) kasutamine võib piirata Pseudomonas aeruginosa arengut CRISPR -i immuun lookustel põhinevalt ja rakendada neid kliinilistes uuringutes.

Selles uuringus kasutasid teadlased Baicaleini QSI-na, et uurida selle mõju Pseudomonas aeruginosa CRISPR-põhisele faagi (DMS3vir) resistentsusele. Samal ajal konstrueeriti Pseudomonas aeruginosa QS geeni mutantne tüvi nii, et mutantne tüvi ei suutnud toota 3OC12-HSL ja C4-HSL. Täiendades 3OC12-HSL ja C4-HSL, analüüsiti Pseudomonas aeruginosa faagiresistentsuse arengut CRISPR-Cas immuunsüsteemi alusel. Pseudomonas aeruginosa faagi adsorptsiooni ja kliirensivõime uurimise mehhanism. Lisaks kasutati kontrollidena faagitundlikke baktereid (CRISPR-KO) ja faagiresistentseid baktereid (CRISPR-KO pinnamutandid), et uurida muutusi Pseudomonas aeruginosa võimes konkureerida faagiga pärast QS-süsteemi blokeerimist.

Kontrollrühmas vähenes Pseudomonas aeruginosa metsikut tüüpi faagiresistentsus, kui faagi tihedus suurenes. Kuid erinevalt eeldatavast tulemusest, et QSI vähendaks Pseudomonas aeruginosa resistentsust, suurenes 100 μM baicaleiini lisamisel Pseudomonas aeruginosa resistentsus faagi suhtes. Kui faagi suhtes tundlikud bakterid nakatavad 104 pfu või 107 pfu faagi, suureneb nende resistentsus märkimisväärselt. Lisaks näitavad uurimistulemused, et kui Pseudomonas aeruginosa QS -süsteem on pärsitud, on faagil raske peremeest nakatada. Kui QS -süsteem pärsiti, suurenes Pseudomonas aeruginosa suhteline sobivus 106 pfu faagi keskkonnas märkimisväärselt. Selles uuringus mõjutas QSI IV tüüpi bakterite fimbriae ekspressiooni, põhjustades bakterikultuuride lüüsi, vähendades faagi adsorptsiooni kiirust ja hõlbustades faagiresistentsuse arengut bakteriaalses CRISPR immuunsüsteemis. Seetõttu vähendab QSI nakkusliku pili-tüüpi faagi spetsiifilist terapeutilist toimet Pseudomonas aeruginosa'le.