In un nuovo studio pubblicato su Journal of Biological Chemistry ( JBC ), ricercatori dell'Università di Notre Dame e dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno scoperto che il batterio Pseudomonas aeruginosa, un agente patogeno che causa la polmonite, sepsi e altre infezioni, comunica segnali di pericolo all'interno di un gruppo di batteri in risposta a determinati antibiotici. È stato scoperto che questa comunicazione varia all'interno della colonia e suggerisce che questo batterio può sviluppare comportamenti protettivi che contribuiscono alla sua capacità di tollerare alcuni antibiotici.

"C'è una generale mancanza di comprensione su come le comunità di batteri, come il patogeno opportunista P. aeruginosa, rispondere agli antibiotici, " ha detto Nydia Morales-Soto, ricercatore senior in ingegneria civile e ambientale e scienze della terra (CEEES) presso l'Università di Notre Dame e autore principale dell'articolo. "La maggior parte di ciò che sappiamo proviene da studi sulle comunità stazionarie di biofilm, considerando che meno si sa in anticipo sul processo quando i batteri stanno colonizzando, diffondersi e crescere. In questo studio, il nostro team di ricerca ha esaminato in modo specifico il comportamento dei batteri durante questo periodo e cosa potrebbe significare per la resistenza agli antibiotici".

Il comportamento segnalato è stato causato da tobramicina, un antibiotico comunemente usato in ambito clinico, e ha provocato una doppia risposta del segnale. Poiché questo antibiotico è stato applicato a una colonia di P. aeruginosa, i batteri hanno prodotto un segnale a un'area localizzata della colonia, un segnale di Pseudomonas chinolone (PQS) noto per essere presente, nonché un secondo, risposta a livello di comunità, noto come alchilidrossichinolina (AQNO).

Il team ha mappato spazialmente la produzione di ciascuna risposta, e ha determinato che P. aeruginosa è in grado di produrre PQS in piccole sacche a concentrazioni significativamente più elevate di quelle registrate in precedenza. Questi risultati hanno contribuito a garantire la selezione del giornale come JBC "Editor's Pick, "un riconoscimento dato solo al primo 2% dei manoscritti pubblicati sulla rivista per un determinato anno.

Lo studio ha dimostrato che PQS e AQNO sono risposte regolate in modo indipendente che comunicano intenzionalmente messaggi diversi. Inoltre, ciò significa che il tipo di batteri può avere una certa capacità di proteggere la colonia da alcune tossine esterne mentre i batteri sono ancora in una fase di colonizzazione.

"Sebbene la risposta AQNO identificata nel documento sia un comportamento dipendente dallo stress, è un messaggio chimico così nuovo che non è stato ancora definito definitivamente come un segnale. Sebbene, sulla base delle nostre scoperte, crediamo che lo sia, " disse Joshua Shrout, professore associato di CEEES e professore associato di scienze biologiche presso l'Università di Notre Dame e coautore del documento. "Indipendentemente, questo lavoro apre una nuova finestra sulla comprensione del comportamento di P. aeruginosa e potenzialmente su come questo batterio promuova la tolleranza agli antibiotici".

Lo studio, finanziato dal National Institutes of Health, è stato in grado di identificare una risposta comportamentale batterica unica grazie al metodo di ricerca distintivo del team. Il gruppo ha utilizzato sia la spettroscopia Raman che la spettrometria di massa per completare un'analisi deliberata, pixel per pixel, da centinaia di migliaia di pixel nelle loro immagini chimiche. Questo processo dettagliato è ciò che ha permesso ai ricercatori di identificare le due distinte risposte chimiche dei batteri alla tobramicina, che altrimenti può essere facilmente perso. Il metodo è anche un processo unico sviluppato da questo specifico team di ricercatori.