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Recensione di pubblicazione da progetto FFC

17 dicembre 2018

Strategie per disarmare Pseudomonas aeruginosa

F. Malvezzi

La maggior parte delle infezioni causate da Pseudomonas aeruginosa (Pa) in malati di fibrosi cistica tende a diventare cronica, causando notevoli danni all’apparato respiratorio; questo accade nonostante il corpo umano si difenda attraverso la risposta infiammatoria, a cui possono aggiungersi le terapie antibiotiche. In realtà, quello che succede in fibrosi cistica è che la risposta infiammatoria è decisamente esagerata, a causa innanzitutto del difetto di base (la proteina CFTR mutata) ma anche di fattori pro-infiammatori, rilasciati dallo stesso batterio P. aeruginosa. Molti ricercatori ritengono che non sia tanto o solo il batterio a dover essere eliminato, anche perché è in genere molto resistente agli antibiotici, quanto piuttosto la sua virulenza, ossia quella capacità di rilasciare una moltitudine di fattori che contribuiscono a rendere la risposta infiammatoria fuori controllo e dannosa. Come dire, se non si riesce a uccidere il nemico, almeno facciamo in modo di disarmarlo. Tra i fattori di virulenza, specificatamente rilasciati da Pseudomonas aeruginosa, ci sono alcuni enzimi chiamati proteasi, che danneggiano il tessuto polmonare e modulano la risposta infiammatoria, e alcuni composti come la piocianina, un pigmento blu-verde che causa stress ossidativo e altera i meccanismi immunitari, e la pioverdina, che riesce a sottrare il ferro dai depositi dell’ospite (ferro di cui Pseudomonas ha vitale necessità).

Sappiamo che l’antibiotico azitromicina (AZM), spesso usato in FC come antibatterico e antinfiammatorio, riduce la sintesi delle proteasi e di altri fattori di virulenza rilasciati dal batterio. Proprio per questa azione dell’antibiotico, rivolta a combattere la virulenza, quindi antinfiammatoria e differenziata da quella battericida (che uccide i batteri, in genere però quelli gram-positivi, come Staphylococcus aureus), i pazienti con infezioni croniche da Pa vengono spesso trattati con azitromicina; sfortunatamente c’è un certo numero di pazienti che non mostra benefici al trattamento e anzi mostra anche degli effetti avversi. Per questo, recentemente è stato proposto come alternativa all’azitromicina un altro antibiotico, che avrebbe lo stesso effetto antinfiammatorio, sempre della famiglia dei macrolidi, la claritromicina (CLM). E sono stati identificati degli inibitori di un gruppo di proteasi batteriche, chiamate metalloproteasi (i cosiddetti MMPI): tra essi i composti noti con il nome di Ilomastat e Merimastat.

In questo scenario si muove la ricerca finanziata da FFC attraverso il progetto FFC#10/2015, coordinato da Maria M. Lleò (Dipartimento di Patologia e Diagnostica, sezione di Microbiologia – Università di Verona), che ha portato alla pubblicazione di un lavoro (1) in cui si analizzano le proprietà anti-virulenza della claritromicina e degli inibitori delle metalloproteasi contro Pa, e i loro effetti benefici in modelli di topo con infezione polmonare. Precedentemente, gli stessi ricercatori, finanziati sul progetto FFC#18/2013, avevano dimostrato la possibilità di monitorare la risposta infiammatoria in un particolare modello di topo, affetto da FC perché privo di gene CFTR (CFTR-knock-out), dotato però del gene per la proteina Interleuchina-8, fondamentale nel campo dei processi infiammatori. Con il progetto FFC#10/2015 hanno quindi proposto di utilizzare lo stesso modello animale per analizzare la possibile attività antinfiammatoria di inibitori delle metalloproteasi e così pure l’attività antinfiammatoria di antibiotici che agiscono con meccanismo di azione simile a quello dell’azitromicina.

Con la pubblicazione di un recente lavoro (1), i ricercatori riportano i risultati delle loro analisi, dimostrando che: a) claritromicina riduce i fattori di virulenza rilasciati da Pseudomonas aeruginosa; b) le colture di Pseudomonas, così deprivate dei fattori di virulenza, non inducono infiammazione nei polmoni murini; c) l’inibizione delle proteasi riduce l’infiammazione in polmoni murini. I ricercatori si sono focalizzati sui fattori di virulenza rilasciati da P. aeruginosa, evidenziando che CLM agisce in modo analogo a quello di AZM, quindi può essere un candidato per trattare i pazienti FC con infezioni polmonari croniche. Inoltre incoraggiano studi più approfonditi con questo composto sui pazienti che non mostrano benefici dal trattamento con AZM. Infine confermano come Ilomastat e Merimastat riescano a ridurre l’attività delle proteasi di Pa e come questo meccanismo sia associato a una attività antinfiammatoria su modello murino.

In conclusione, i risultati dello studio (1) sottolineano l’importante ruolo giocato dai fattori di virulenza rilasciati da Pa nell’infiammazione in fibrosi cistica, supportano in vivo l’efficacia dell’inibizione di questi fattori come potenziale strategia terapeutica e incoraggiano lo sviluppo di trattamenti e di opportune formulazioni per veicolare quei trattamenti, contro la virulenza dei batteri.
Progetto finanziato da FFC (Grant: FFC#10/2015), coordinato da Maria M. Lleò (Dipartimento di Patologia e Diagnostica, sezione di Microbiologia – Università di Verona), con il supporto di adozione da “Un sogno per vincere”.

Cystic fibrosis lung infection is a complex condition where opportunistic pathogens and defective immune system cooperate in developing a constant cycle of infection and inflammation. The major pathogen, Pseudomonas aeruginosa, secretes a multitude of virulence factors involved in host immune response and lung tissue damage. Some of those virulence factor were analysed and the outcome reported in a paper (1), thanks to the support of the Italian Cystic Fibrosis Research Foundation (FFC), Grant FFC#10/2015. Pyocyanin, pyoverdine and several proteases were measured in bacterial culture supernatant from different P. aeruginosa strains. Inhibition of virulence factors by sub-inhibitory concentrations of clarithromycin and by protease inhibitors was evaluated. Lung inflammatory response was monitored by in vivo bioluminescence imaging in wild-type and CFTR-knockout mice expressing a luciferase gene under the control of a bovine IL-8 promoter. The amount of proteases, pyocyanin and pyoverdine secreted by P. aeruginosa strains was reduced after growth in the presence of a sub-inhibitory dose of clarithromycin. Intratracheal challenge with culture supernatant containing bacteria-released products induced a strong IL-8-mediated response in mouse lungs while lack of virulence factors corresponded to a reduction in bioluminescence emission. Particularly, sole inactivation of proteases by inhibitors Ilomastat and Marimastat also resulted in decreased lung inflammation. In conclusion, the virulence factors seem to be involved in P. aeruginosa pro-inflammatory action in CF lungs; particularly, proteases seem to play an important role. Inhibition of virulence factors production and activity resulted in decreased lung inflammation; thus, clarithromycin and protease inhibitors potentially represent additional therapeutic therapies for P. aeruginosa-infected patients.

1) Sandri A, Ortombina A, Boschi F, Cremonini E, Boaretti M, Sorio C, Melotti P, Bergamini G, Lleo M. Inhibition of Pseudomonas aeruginosa secreted virulence factors reduces lung inflammation in CF mice. Virulence 2018;9(1):1008-1018. doi: 10.1080/21505594.2018.1489198.