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Oct 31, 2023

La complessa regolazione della competenza nello Staphylococcus aureus in condizioni microaerobiche

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 512 (2023) Citare questo articolo

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Per eseguire la trasformazione naturale, uno dei tre principali meccanismi di trasferimento genico orizzontale, i batteri devono entrare in uno stato fisiologico differenziato chiamato competenza genetica. È interessante notare che spesso vengono scoperti nuovi batteri che mostrano tale attitudine e uno degli ultimi è il patogeno umano Staphylococcus aureus.

Qui, mostriamo un protocollo ottimizzato, basato su colture di cellule planctoniche, che porta una grande percentuale della popolazione ad attivare lo sviluppo delle competenze e un miglioramento significativo delle efficienze di trasformazione naturale di S. aureus. Approfittando di queste condizioni, eseguiamo analisi trascrittomiche per caratterizzare il regulon di ciascun regolatore di competenza centrale. SigH e ComK1 sono entrambi ritenuti essenziali per l'attivazione dei geni di trasformazione naturale, ma importanti anche per l'attivazione o la repressione delle funzioni periferiche. Anche se ComK2 non è ritenuto importante per il controllo dei geni di trasformazione, il suo regulon mostra un'importante sovrapposizione con quello di SigH e ComK1. Infine, proponiamo che le condizioni microaerobiche, rilevate dal sistema a due componenti SrrAB, siano fondamentali per attivare la competenza in S. aureus.

Un organismo commensale altamente adattivo, come lo Staphylococcus aureus, possiede una serie di geni che consentono al batterio di crescere, infettare e sopravvivere in un’ampia varietà di nicchie ecologiche. Le narici anteriori sono generalmente considerate la nicchia ecologica nativa di S. aureus, sebbene il batterio possa essere isolato da altre aree del corpo umano, tra cui la pelle, le ascelle, l'inguine e il tratto gastrointestinale1. Sebbene la colonizzazione in genere non sia dannosa, lo S. aureus può violare le difese innate dell'ospite e ottenere l'accesso ai tessuti più profondi, causando una serie di infezioni superficiali e invasive2. Inoltre, essendo un anaerobio facoltativo, S. aureus ha la capacità di crescere e contrastare il sistema immunitario ospite in presenza o assenza di ossigeno. Questa capacità è particolarmente importante per S. aureus poiché è noto che il suo ambiente è o diventa anaerobico nel corso di un'infezione3,4.

Oltre a questi notevoli poteri di adattamento, S. aureus è diventato anche uno dei patogeni più temuti in ospedale a causa della diffusa comparsa di ceppi multiresistenti agli antibiotici5,6. Per anni si è pensato che il trasferimento genico orizzontale (HGT) di geni di resistenza agli antibiotici da altri ceppi di S. aureus o anche da altri generi fosse mediato esclusivamente attraverso la coniugazione e la trasduzione7. Tuttavia, alcuni anni fa, la dimostrazione che S. aureus è in grado di diventare naturalmente competente per la trasformazione genetica8 ha cambiato il nostro modo di individuare l'HGT in questo importante patogeno umano.

La competenza è un adattamento fisiologico che alcune specie batteriche sviluppano in risposta a vari segnali ambientali9. In risposta a questi stimoli, le cellule batteriche attivano percorsi di trasduzione del segnale, attivando infine i regolatori centrali della competenza. Tutti questi passaggi sono controllati dai cosiddetti geni della competenza precoce. È interessante notare che i regolatori della competenza centrale sono stati identificati in diversi organismi modello come attivatori trascrizionali10,11 o fattori sigma alternativi12. Una volta attivati, danno inizio all'espressione dei geni di competenza tardiva, tra i quali si trovano tutti i geni essenziali per la trasformazione genetica.

È importante sottolineare che in S. aureus sono stati identificati tre potenziali regolatori di competenza centrale: il fattore sigma alternativo, SigH13, e due regolatori trascrizionali, ComK1 e ComK214. Inoltre, è stato dimostrato che S. aureus è in grado di indurre naturalmente competenza in un mezzo chimicamente definito chiamato CS28. Gli autori hanno rilevato un massimo dell'1,6% di cellule che inducono competenza dopo 8 ore di crescita nel mezzo CS2, portando a efficienze di trasformazione che hanno raggiunto a malapena il limite di rilevamento (circa 10−10) per un ceppo wild-type8.