Bacteriofagi e Biofilm

I biofilm sono un adattamento estremamente comune che permette ai batteri di colonizzare ambienti ostili. Presentano sfide uniche per antibiotici e biocidi, sia per la natura della matrice extracellulare sia per la presenza di cellule persistenti metabolicamente inattive all’interno del biofilm. Tali sostanze chimiche possono essere altamente efficaci contro le cellule batteriche planctoniche, pur rimanendo essenzialmente inefficaci contro i biofilm. Al contrario, i batteriofagi sembrano avere una maggiore capacità di combattere questa forma diffusa di crescita batterica. L’alta densità di batteri nei biofilm facilita l’azione dei batteriofagi, consentendo un’infezione rapida ed efficiente dell’ospite e la successiva amplificazione del batteriofago. I batteriofagi possiedono anche una serie di proprietà che rendono i biofilm suscettibili alla loro azione. Sono noti per produrre (o possono indurre) enzimi che degradano la matrice extracellulare. Sono anche in grado di infettare cellule persistenti che rimangono dormienti al loro interno ma si riattivano quando diventano metabolicamente attive. Alcuni biofilm coltivati sembrano anche essere più in grado di supportare la replicazione dei batteriofagi rispetto a sistemi planctonici comparabili. Non sorprende forse che i batteriofagi, in quanto predatori naturali dei batteri, possiedano la capacità di combattere questa comune forma di vita batterica.

Nei primi studi che dimostravano il potenziale dei batteriofagi per il controllo dei biofilm, Hanlon et al. [24] hanno scoperto che i batteriofagi di Pseudomonas aeruginosa potevano distruggere i batteri in un biofilm maturo (di 20 giorni) e (forse sorprendentemente, date le loro dimensioni) potevano persino diffondersi attraverso il gel di alginato più spesso (12%) studiato, sebbene la diffusione fosse più lenta rispetto ai gel di alginato più sottili. Hanlon ha anche osservato che i batteriofagi studiati potevano degradare direttamente il polimero di alginato, apparentemente tramite un’attività enzimatica veicolata dal batteriofago, sebbene questa non fosse stata identificata. Indipendentemente dall’attività, essa differiva significativamente dalle proteine della coda altamente ristrette.

Sillankorva et al. hanno utilizzato batteriofagi sia da Pseudomonas fluorescens che da Staphylococcus lentus, dimostrando l’efficace riduzione di biofilm monostrato e misti utilizzando questi agenti. Entrambi i batteriofagi sono stati completamente sequenziati, e si è dimostrato che nessuno dei due codificava una depolimerasi polisaccaridica (sebbene il batteriofago di Pseudomonas fluorescens codificasse un’endopeptidasi). Allo stesso modo, Doolittle et al. [25] hanno dimostrato che il batteriofago T4 di Escherichia coli si diffonde efficacemente attraverso un biofilm, anche se non codifica altre depolimerasi polisaccaridiche eccetto una proteina della coda molto ristretta che viene rilasciata dalla coda del batteriofago solo durante la penetrazione della cellula ospite. Tuttavia, Doolittle et al. [25] hanno anche lavorato con il batteriofago E79 di Pseudomonas aeruginosa e hanno dimostrato che era meno efficace nel penetrare i biofilm rispetto al T4.

Mentre è chiaro che i batteriofagi naturali possono penetrare i biofilm anche quando non producono depolimerasi polisaccaridiche (o quando queste hanno una funzione molto limitata), non tutti gli studi hanno mostrato un’infezione efficiente all’interno dei biofilm, e alcuni ricercatori continuano a credere che gli enzimi che degradano l’EPS siano necessari per le applicazioni sui biofilm.

Tait et al. hanno riportato che una miscela di tre batteriofagi poteva eliminare completamente un biofilm monostrato, ma che questo era meno efficace quando erano presenti altre specie batteriche insensibili. Kay et al. [27] hanno anche dimostrato che i biofilm misti possono diminuire l’efficacia dei batteriofagi. Tuttavia, Sillankorva et al. [1] hanno dimostrato che l’efficienza nei biofilm modello può essere elevata anche quando un batteriofago mira a una singola specie batterica, affermando che “i fagi possono essere adottati come metodo per uccidere un batterio specifico anche quando il suo ospite vive in un consorzio misto”. Sillankorva et al. [1] hanno anche dimostrato che i biofilm maturi (di sette giorni) possono essere efficacemente controllati utilizzando i batteriofagi.

È quindi chiaro che i batteriofagi naturali possono e spesso esprimono enzimi in grado di disgregare i biofilm, ma che questi non sembrano essere essenziali per l’infettività in questa situazione. Il potenziale per l’induzione di tali enzimi dal genoma dell’ospite è, ovviamente, molto più difficile da identificare.

I batteriofagi possiedono proprietà uniche e mostrano grandi promesse nel controllo dei biofilm. Tuttavia, tali applicazioni sono ancora in evoluzione e le applicazioni su larga scala sono ancora in fase di sviluppo. Pertanto, l’identificazione degli approcci più efficaci deve attualmente rimanere speculativa. Con il tempo, e man mano che verranno pubblicati più risultati, emergeranno naturalmente le migliori pratiche per tali applicazioni.

Traduzione della fonte:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4790368/
Bacteriofagi e Biofilm
David R. Harper, Helena M. R. T. Parracho, James Walker, Richard Sharp, Gavin Hughes, Maria Werthén, Susan Lehman e Sandra Morales1