Batteriofagi e biofilm

I biofilm sono un adattamento estremamente comune che permette ai batteri di colonizzare ambienti ostili. Rappresentano problemi unici per antibiotici e biocidi, dovuti sia alla natura della matrice extracellulare sia alla presenza di cellule persistenti metabolicamente inattive all’interno del biofilm. Tali sostanze chimiche possono essere altamente efficaci contro le cellule batteriche planctoniche, mentre risultano essenzialmente inefficaci contro i biofilm. Al contrario, i batteriofagi sembrano avere una maggiore capacità di combattere questa forma diffusa di crescita batterica. L’elevato numero 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. È noto che producono (o possono indurre) enzimi che degradano la matrice extracellulare. Sono anche in grado di infettare le cellule persistenti che vi risiedono in stato dormiente, ma che si riattivano quando diventano metabolicamente attive. Alcuni biofilm coltivati sembrano anche più capaci di supportare la replicazione dei batteriofagi rispetto a sistemi planctonici comparabili. Non sorprende che i batteriofagi, come predatori naturali dei batteri, possiedano la capacità di combattere questa forma diffusa di vita batterica.

In studi precoci che hanno dimostrato 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 data la loro dimensione) diffondersi persino attraverso il gel di alginato più spesso (12%) esaminato, 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 trasportata dal batteriofago, sebbene questa non sia stata identificata. Indipendentemente dall’attività, si differenziava nettamente dalle proteine spike della coda altamente limitate.

Sillankorva et al. hanno utilizzato batteriofagi sia di Pseudomonas fluorescens che di Staphylococcus lentus, dimostrando l’efficace riduzione di biofilm di singole specie e misti con questi agenti. Entrambi i batteriofagi erano completamente sequenziati e si è potuto dimostrare che nessuno dei due codificava per una polisaccaride depolimerasi (sebbene il batteriofago di Pseudomonas fluorescens codificasse per un’endopeptidasi). Allo stesso modo, Doolittle et al. [25] hanno dimostrato che il batteriofago Escherichia coli T4 si diffonde efficientemente attraverso un biofilm, sebbene non codifichi per altre polisaccaride depolimerasi oltre a una proteina spike della coda molto limitata, che viene rilasciata dalla coda del batteriofago solo durante la penetrazione della cellula ospite. Tuttavia, Doolittle et al. [25] hanno lavorato anche con il batteriofago E79 di Pseudomonas aeruginosa, dimostrando che questo era meno efficace nella penetrazione dei biofilm rispetto a T4.

Sebbene sia chiaro che i batteriofagi presenti in natura possono penetrare i biofilm anche quando non producono polisaccaride depolimerasi (o quando queste hanno una funzione molto limitata), non tutti gli studi hanno dimostrato 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 potrebbe eliminare completamente un biofilm di una singola specie, ma che questo sarebbe meno efficace in presenza di altre specie batteriche non sensibili. Anche Kay et al. [27] hanno dimostrato che i biofilm misti possono ridurre l’efficacia dei batteriofagi. Ciononostante, Sillankorva et al. [1] hanno dimostrato che l’efficienza nei biofilm modello può essere elevata, anche quando un batteriofago prende di mira una singola specie batterica, affermando che “i fagi possono essere considerati come metodo per eliminare un determinato batterio, anche se il suo ospite vive in un consorzio misto”. Sillankorva et al. [1] hanno anche dimostrato che i biofilm maturi (di sette giorni) possono essere combattuti efficacemente con l’aiuto dei batteriofagi.

È quindi chiaro che i batteriofagi naturali possono esprimere e spesso esprimono enzimi in grado di disturbare 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 ospite è naturalmente molto più difficile da identificare.

I batteriofagi possiedono proprietà uniche e sono molto promettenti nel controllo dei biofilm. Tuttavia, tali applicazioni sono ancora in fase di sviluppo e le applicazioni su larga scala sono ancora in corso di sviluppo. Pertanto, l’identificazione degli approcci più efficaci deve attualmente essere di natura speculativa. Con il tempo e con la pubblicazione di ulteriori risultati, emergeranno naturalmente le migliori pratiche per tali applicazioni.

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