The capability of Pseudomonas aeruginosa to recruit zinc under conditions of limited metal availability is affected by inactivation of the ZnuABC
Melania D’Orazio, Maria Chiara Mastropasqua, Mauro Cerasi, Francesca Pacello, Ada Consalvo, Barbara Chirullo, Brittany Mortensen, Eric P. Skaar, Domenico Ciavardelli, Paolo Pasquali and Andrea Battistoni. Metallomics 2015, DOI: 10.1039/c5mt00017c

Il progetto FFC#13/2012, coordinato dall’Università di Roma Tor Vergata, si propone di caratterizzare l’apparato biologico di acquisizione dello zinco (Zn) di Pseudomonas aeruginosa e la capacità di funzionamento del batterio anche in condizioni di carenza del metallo. Infatti, molte ipotesi supportano il fatto che questo apparato possa avere un ruolo critico nella capacità di P. aeruginosa di colonizzare il polmone dei pazienti FC. Questa pubblicazione riporta i risultati ottenuti analizzando gli effetti dell’inattivazione di un fondamentale trasportatore dello zinco chiamato ZnuABC: i ricercatori hanno osservato effetti modesti sulla crescita di P. aeruginosa, che non risente di questa inattivazione e non mostra alterazioni nel contenuto di zinco a livello intracelluare. Sembra quindi che P. aeruginosa abbia molti sistemi per procurarsi il metallo, e questa osservazione potrebbe rendere possibile identificare nuovi bersagli per strategie antimicrobiche.

Metalli pesanti quali ferro e zinco (Zn) hanno un ruolo molto importante nella fisiologia dei batteri, in quanto fanno legati a numerose proteine essenziali per la loro sopravvivenza. In particolare, la capacità di un gran numero di batteri patogeni, tra cui Pseudomonas aeruginosa, di moltiplicarsi nell’ospite infettato e causare malattia, dipende dalla loro capacità di importare zinco. Nel caso specifico della fibrosi cistica, è stato rilevato che lo sputo dei pazienti è particolarmente ricco di una proteina che cattura lo zinco. Pertanto sembrerebbe ragionevole pensare che per colonizzare adeguatamente l’ospite, P. aeruginosa debba essere fornita di adeguati sistemi per procurarsi il metallo e controbilanciarne la carenza. Queste sono le ragioni per le quali tra gli obiettivi del progetto FFC#13/2012, guidato da Andrea Battistoni dell’Università di Roma Tor Vergata, c’era quello di caratterizzare l’apparato di acquisizione dello zinco di P. aeruginosa e la sua capacità di funzionamento anche in condizioni di carenza del metallo.
Per far questo i ricercatori hanno analizzato il comportamento della proteina indicata con ZnuABC, che è un trasportatore di zinco (ABC ne indica la famiglia di provenienza) e che svolge un ruolo centrale nel processo di assorbimento di questo metallo in ambienti che ne sono poveri, compresi i tessuti dell’ospite infettato da P. aeruginosa. In questa pubblicazione, i ricercatori riportano i risultati ottenuti confrontando il comportamento del batterio P. aeruginosa quando, invece della proteina nativa ZnABC, ne venga espressa una mutante. Essi hanno generato un ceppo mutante della proteina ZnuABC ed hanno visto che la presenza del mutante non costituisce una limitazione per la crescita di P. aeruginosa. Hanno visto cioè che l’inattivazione del trasportatore ZnuABC ha effetti modesti sulla crescita di P. aeruginosa, in quanto non causa alterazioni nel contenuto intracellulare di Zn.
I risultati ottenuti suggeriscono che P. aeruginosa possieda numerosi sistemi per l’acquisizione dello zinco, sistemi che sono persino ridondanti, in modo da assicurarsene comunque il rifornimento. Questi sistemi potrebbero favorire la crescita del batterio anche in ambienti contenenti bassi livelli di questo metallo, come succede nei polmoni dei pazienti FC.
Pertanto, l’omeostasi dello zinco (ossia la naturale tendenza a mantenersi stabile) viene proposta come un bersaglio promettente per lo sviluppo futuro di strategie antimicrobiche innovative e la caratterizzazione del ruolo dello zinco nell’interazione ospite-Pseudomonas appare cruciale per valutare le potenzialità di questo approccio.
Ricerca finanziata dal progetto FFC#13/2012, grazie al supporto delle delegazioni di Novara, Latina, Imola, Pesaro e l’associazione Trentina FC onlus in ricordo di Don Renato Vallorzi.

Transition metals such as iron and zinc play a very important role in bacterial physiology, as they are essential constituents of a large number of proteins.
This work was made possible thanks to the FFC project grant FFC #13/2012, coordinated by Andrea Battistoni from University of Rome Tor Vergata. The results reported in this paper show that the inactivation of the major P.aeruginosa Zn uptake system, called ZnuABC, has moderate effects on P.aeruginosa growth in metal-poor environments and does not cause changes in the intracellular Zn content. These observations suggest that P.aeruginosa is equipped with redundant mechanisms for the acquisitionof Zn. The elucidation of the role of Zn in the host-P.aeruginosa interaction appears crucial to evaluate the potential of this approach.
This work was supported by Italian Cystic Fibrosis Research Foundation (Project FFC #13/2012) with the financial support of the FFC delegations of Novara, Latina, Imola, Pesaro and the CF association of Trento in memory of Renato Vallorzi.