Haemophilus influenzae não tipável liberado da residência do biofilme por anticorpo monoclonal direcionado contra um componente da matriz do biofilme apresenta um fenótipo vulnerável

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12959 (2023) Citar este artigo

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Os biofilmes bacterianos contribuem significativamente para a patogênese, recorrência e/ou cronicidade da maioria das doenças bacterianas devido à sua notável recalcitrância à eliminação. Aqui, examinamos a cinética da sensibilidade aumentada de Haemophilus influenzae não tipável (NTHI) recém-liberado (NRel) da residência do biofilme por um anticorpo monoclonal contra uma proteína DNABII bacteriana (α-DNABII) para morte preferencial por um antibiótico β-lactâmico. Este fenótipo foi detectado em 5 minutos e durou aproximadamente 6 horas. A expressão relativa de genes selecionados devido ao seu envolvimento conhecido na sensibilidade a um β-lactâmico mostrou expressão transitória regulada positivamente de proteínas de ligação à penicilina por α-DNABII NTHI NRel, enquanto houve expressão limitada do precursor de β-lactamase. A expressão transitória regulada negativamente de mediadores do estresse oxidativo apoiou a vulnerabilidade de tempo semelhante à morte intracelular sensível à NADPH-oxidase por PMNs humanos ativados. Além disso, a expressão transitória regulada positivamente da principal porina NTHI alinhou-se bem com o aumento observado da permeabilidade da membrana de α-DNABII NTHI NRel, uma característica também mostrada pelo NRel de três patógenos adicionais. Estes dados fornecem insights mecanísticos sobre o fenótipo α-DNABII NRel transitório, mas altamente vulnerável. Esta maior compreensão apoia a validação contínua desta nova abordagem terapêutica concebida para alavancar o conhecimento do fenótipo α-DNABII NRel para uma erradicação mais eficaz de doenças recalcitrantes relacionadas com o biofilme.

Os biofilmes bacterianos contribuem significativamente para a patogênese de infecções agudas e crônicas1, bem como para a recorrência e recalcitrância de muitas doenças ao tratamento2. As doenças comuns nas quais os biofilmes desempenham um papel fundamental incluem otite média, doença pulmonar obstrutiva crónica, periodontite e fibrose cística, entre muitas outras3,4,5. A tolerância canônica do biofilme é atribuível a múltiplos fatores, mas é importante, e do ponto de vista da resolução da doença, que as bactérias dentro de um biofilme são altamente resistentes tanto aos antibióticos quanto aos efetores imunológicos do hospedeiro6,7,8. Na verdade, as bactérias residentes no biofilme são até 1000 vezes mais resistentes aos antibióticos convencionais em relação às suas contrapartes cultivadas planctónicamente9,10,11. Além disso, as infecções que envolvem biofilmes são dispendiosas; estima-se que o fardo económico global dos biofilmes relacionado com os custos médicos e de saúde humana foi de aproximadamente 387 mil milhões de dólares em 201912.

Para tratar eficazmente estas doenças comuns e altamente resistentes relacionadas com o biofilme, são necessárias novas estratégias. Muitos laboratórios estão trabalhando para atingir tais objetivos13,14,15,16,17,18. A este respeito, nosso laboratório desenvolveu uma abordagem baseada em anticorpos monoclonais direcionados que efetivamente libera bactérias residentes em biofilme de sua matriz estrutural protetora para que possam ser mais facilmente mortas por efetores imunológicos do hospedeiro e/ou antibióticos tradicionais. Para fazer isso, nos concentramos especificamente em um constituinte estrutural onipresente da matriz do biofilme bacteriano, proteínas bacterianas de ligação ao DNA conhecidas como família DNABII. As duas proteínas DNABII, proteína semelhante a histona (HU) e fator hospedeiro de integração (IHF), ligam-se e dobram o DNA de fita dupla . As proteínas DNABII estão posicionadas nos vértices das cadeias cruzadas de DNA extracelular (eDNA) dentro da matriz do biofilme, onde servem como proteínas-chave que fornecem suporte estrutural crítico à estrutura de eDNA semelhante a uma rede . Quando biofilmes formados in vitro por diversos patógenos humanos são incubados com anticorpos direcionados contra uma proteína DNABII nativa ou um imunógeno peptídico sintético 'tip-quimer', projetamos para imitar as 'pontas' imunoprotetoras de ligação ao DNA de uma proteína DNABII, o equilíbrio induzido a mudança resulta no rápido colapso do biofilme com liberação concomitante de bactérias residentes no biofilme22,23,24,25.