Il ruolo della temperatura nelle infezioni da Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas Aeruginosa è un tipo di batterio che riesce a vivere in ambienti diversi. Questa capacità di adattamento è ciò che gli consente di sopravvivere in posti dove altri batteri non ce la fanno. Spesso si trova in terreni e acque inquinate dall’attività umana. Anche se è una parte naturale dell’ambiente, può causare infezioni gravi nelle persone, specialmente in chi ha alcune patologie, come la fibrosi cistica. Le infezioni da questo batterio possono essere serie e addirittura fatali.

È interessante notare che P. aeruginosa può infettare non solo gli esseri umani, ma anche altri animali come rettili e insetti, e persino piante. I fattori che lo fanno ammalare le persone sono simili, indipendentemente da dove provenga il batterio, che sia dall'ambiente o da una persona malata.

#Come Funziona P. aeruginosa

La capacità di P. aeruginosa di produrre fattori nocivi è controllata a livello di attività genica, rispondendo ai cambiamenti nell'ambiente. Uno dei sistemi chiave che aiuta a regolare questo si chiama Quorum Sensing (QS). Questo sistema funziona come una rete di comunicazione tra le cellule batteriche. Quando i batteri crescono, rilasciano molecole segnali chiamate autoinduttori. Quando si accumulano abbastanza di queste molecole, segnalano ai batteri di cambiare comportamento.

P. aeruginosa ha diversi sistemi per controllare il suo comportamento. Uno di questi sistemi, chiamato sistema las, include un regolatore chiamato LasR e un'altra molecola chiamata LasI che produce la molecola di segnale 3-oxo-C12-HSL. Quando 3-oxo-C12-HSL si lega a LasR, attiva diversi geni che aiutano i batteri a produrre fattori che possono far ammalare le persone.

Un altro sistema si chiama sistema rhl. Funziona insieme al sistema las e regola la produzione di diversi fattori nocivi, inclusa una molecola chiamata Pioocianina, che è importante per la sopravvivenza del batterio.

P. aeruginosa ha anche un terzo sistema, noto come sistema pqs. Questo sistema utilizza molecole di segnale diverse, che fanno parte di un gruppo chiamato 4-idrossi-2-alkilchinoline. Il sistema pqs è un po' diverso dagli altri due, ma è comunque importante nel controllare cosa fanno i batteri.

#Temperatura e P. aeruginosa

Oltre ai sistemi QS, P. aeruginosa deve poter percepire i cambiamenti di temperatura. Quando infetta un essere umano, si trova in ambienti più caldi rispetto a dove vive normalmente, come in acqua o nel suolo. La ricerca ha dimostrato che la capacità di produrre certi fattori nocivi è influenzata dai cambiamenti di temperatura.

Per esempio, alcuni geni controllati dal sistema rhl potrebbero avere livelli di attività diversi a seconda che i batteri siano esposti a temperature basse o alte. Alcuni studi hanno suggerito che l’espressione di questi geni potrebbe aumentare in condizioni più calde, mentre altri non hanno trovato cambiamenti significativi.

#Risultati sull'Attività Genica

I nostri studi hanno esaminato come la temperatura influisce sull'attività di RhlR, un regolatore chiave nel sistema rhl. Abbiamo controllato specificamente la produzione di pioocianina monitorando l'attività di un gene reporter. Abbiamo coltivato P. aeruginosa a due temperature diverse: 37°C (che assomiglia alle condizioni interne di un mammifero) e 25°C (una temperatura ambientale).

Sorprendentemente, abbiamo scoperto che i livelli del gene della pioocianina erano più alti a 25°C rispetto a 37°C. Questo non era ciò che ci aspettavamo, dato che pensavamo che la temperatura più alta avrebbe causato più attività genica.

Per assicurarci che RhlR fosse responsabile di questa attività, abbiamo usato un ceppo di P. aeruginosa privo di RhlR e abbiamo scoperto che non poteva produrre pioocianina a nessuna delle due temperature. Questo ha confermato che RhlR è davvero necessario per i cambiamenti nella produzione di pioocianina dipendenti dalla temperatura.

#Ulteriori Indagini

Volevamo esplorare perché RhlR mostrasse un’attività maggiore a temperature più basse. Abbiamo controllato se la quantità di RhlR prodotta fosse diversa alle due temperature. Tuttavia, non abbiamo trovato differenze significative nei livelli di RhlR tra 37°C e 25°C. Questo suggeriva che il cambiamento nell'attività genica non fosse dovuto alla quantità di RhlR prodotta, ma probabilmente a quanto efficacemente RhlR funzionasse a temperature diverse.

Per chiarire questo, abbiamo indagato come la presenza di molecole di segnale come C4-HSL e la proteina chaperone PqsE influenzassero l'attività di RhlR. I nostri risultati hanno rivelato che anche senza i segnali abituali, RhlR poteva ancora mostrare attività a temperature più basse. Abbiamo anche appreso che l'attività di RhlR sembra dipendere di più dalla temperatura che dai livelli delle molecole di segnale presenti.

Regolando la concentrazione di C4-HSL fornita ai batteri, abbiamo scoperto che RhlR era più attivo a 25°C rispetto a 37°C, il che indica che temperature più basse aumentano l'attività di questo regolatore.

#Comprendere P. aeruginosa nelle Infezioni

La capacità di P. aeruginosa di adattarsi a temperature diverse potrebbe avere implicazioni su come causa le malattie. Alcuni dei suoi fattori nocivi sono controllati dal sistema QS, e l'attività di questo sistema può cambiare in base alla temperatura.

Per esplorare ulteriormente questo, abbiamo usato Galleria mellonella, un tipo di larva di falena, come modello per studi sulle infezioni. Questo ci ha permesso di vedere come temperature diverse influenzano la virulenza del batterio. Abbiamo infettato gruppi di larve con P. aeruginosa normale o ceppi privi di certi geni (come rhlR o rhlI) e li abbiamo tenuti a temperature diverse.

A temperatura più calda, 37°C, i ceppi mutati mostravano meno virulenza rispetto al ceppo normale. Tuttavia, a temperatura più bassa, 25°C, il ceppo privo di rhlI mostrava livelli di virulenza simili a quelli del ceppo normale. Questo suggerisce che a questa temperatura ambientale, i batteri mutati potessero ancora produrre fattori nocivi in modo efficace, il che aumentava la loro capacità di causare malattie.

#Riassunto

Pseudomonas aeruginosa è un batterio altamente adattabile che riesce a prosperare in una varietà di ambienti, compresi i corpi umani. La capacità di questo batterio di regolare i suoi fattori nocivi è strettamente legata alla temperatura circostante. I nostri risultati indicano che temperature più basse possono aumentare l’attività di regolatori chiave come RhlR, permettendo ai batteri di compensare la mancanza di fattori di segnale.

La ricerca non ha solo implicazioni per come comprendiamo il comportamento di questo batterio nell'ambiente, ma fa anche luce su come possa rappresentare una minaccia seria in contesti clinici. Sottolinea l'importanza di considerare le condizioni ambientali quando si studiano le infezioni batteriche e il loro impatto sulla salute umana.

In conclusione, il nostro lavoro enfatizza l'incredibile adattabilità di P. aeruginosa mentre si muove attraverso ambienti diversi, mostrando la sua capacità di prosperare, produrre fattori nocivi e potenzialmente causare infezioni in condizioni varie. I risultati suggeriscono che la ricerca futura dovrebbe continuare a esplorare come i fattori ambientali influenzano il comportamento batterico, il che può portare a una migliore comprensione e trattamento delle infezioni causate da questo patogeno opportunista.