La spettroscopia Raman identifica i persistenti di E. coli a livello unicellulare. Credito:Liu Yang
La formazione di persistenti è una caratteristica importante di batteri come Escherichia coli (E. coli). Queste cellule nocive, che sono in grado di andare in letargo, sono altamente resistenti ai trattamenti antimicrobici e sono responsabili di varie infezioni croniche recidivanti con sintomi comuni come forte mal di stomaco, vomito e diarrea sanguinolenta.
Si ritiene che la formazione di cellule persistenti sia una delle strategie più importanti di batteri come E. coli per la sopravvivenza sotto trattamento farmacologico e in condizioni difficili. Ma poco si sa su come si formano e funzionano, principalmente a causa di limitazioni tecniche negli studi precedenti.
In un recente articolo pubblicato su Frontiers in Microbiology il 4 agosto, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata "spettroscopia Raman" per identificare le caratteristiche chiave delle cellule persistenti di E. coli.
"Attualmente, la maggior parte del lavoro riguarda i perseveranti a livello di intera popolazione", ha affermato il dottor Wang Chuan dell'Università di Hong Kong. "Ci sono due miglioramenti significativi nel nostro studio. In primo luogo, le attività biochimiche sintetiche e metaboliche delle cellule persistenti di E. coli vengono analizzate sulla base della loro quantità molecolare, invece di osservare semplicemente il tasso di divisione e/o lo stato di crescita. In secondo luogo, il nostro le osservazioni derivano da indagini su singole cellule piuttosto che sul livello "medio" dell'intera popolazione di batteri persistenti". Questa attenzione alle singole cellule si è rivelata importante per capire come funzionano le cellule persistenti.
La tecnica che i ricercatori hanno applicato per comprendere le cellule persistenti è la spettroscopia Raman. È un noto metodo di analisi chimica basata sulla luce. La luce eccita il campione creando una vibrazione. Quella vibrazione può essere letta e interpretata con precisione. I risultati della spettroscopia Raman sono spesso descritti come un'"impronta digitale" delle molecole all'interno delle cellule. Attraverso la tecnica della spettroscopia Raman, i ricercatori sono in grado di creare un profilo delle cellule persistenti che può essere utilizzato per identificare successivamente cellule simili.
Tradizionalmente, si ritiene che le cellule persistenti esistano in uno stato dormiente, poiché non crescono mentre sono sottoposte a stress come un trattamento antimicrobico. Tuttavia, i ricercatori scoprono che l'attività metabolica delle cellule persistenti di E. coli è significativamente superiore rispetto ai ceppi di riferimento di E. coli. "Questa nuova importante scoperta implica che le cellule persistenti rimangono attive anche nel loro stato dormiente, e questo potrebbe essere uno dei modi cruciali in cui sono in grado di sopravvivere a un trattamento antimicrobico ad alte dosi", ha affermato il Prof. Jin Lijian dell'Università di Hong Kong.
"Sulla base della tecnologia avanzata di spettroscopia Raman, il nostro studio ha valutato per la prima volta i livelli relativi di sintesi biochimica nelle cellule persistenti di E. coli durante la loro formazione e rianimazione, indicando che queste cellule persistenti possono sviluppare strategie intrinseche sottoregolando il tasso di replicazione mentre migliorare la biosintesi per la sopravvivenza e il successivo recupero", ha affermato Chen Rongze, co-primo autore dell'articolo e studente di dottorato del Centro a celle singole, Istituto di bioenergia e tecnologia dei bioprocessi di Qingdao (QIBEBT) dell'Accademia cinese delle scienze.
È importante sottolineare che questo nuovo studio rivela ulteriormente l'attività metabolica dei persistenti di E. coli in condizioni diverse e un livello maggiore delle loro attività metaboliche rispetto ai ceppi di riferimento di E. coli.
I ricercatori sperano che i risultati attuali possano portare a ulteriori scoperte nel prossimo futuro. "Infatti, abbiamo sviluppato un nuovo strumento chiamato CAST-R (Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry) per identificare e caratterizzare i persistenti, in modo che le indagini possano essere estese ad altri patogeni ed eventualmente applicate in ambito clinico, svelando i meccanismi di patogenicità microbica per lo sviluppo di strategie e approcci terapeutici nuovi e personalizzati", ha affermato il Prof. Xu Jian del Single-Cell Center che ha co-diretto lo studio. + Esplora ulteriormente
