Biofilms mixtoseficacia de derivados fágicos para su eliminación y estudio de su respuesta adaptativa

Resumen

Los biofilms representan una fuente importante de contaminación en entornos industriales y hospitalarios. Por tanto, el desarrollo de estrategias eficientes para combatirlos es de suma importancia tanto desde el punto de vista sanitario, como económico. En este contexto, los bacteriófagos y algunas proteínas fágicas han demostrado potencial como nuevos agentes antibiofilm. Esta tesis pretende contribuir a lograr una mejor comprensión de las interacciones entre los fagos y las bacterias que forman parte del biofilm, así como el impacto potencial de los fagos y las proteínas líticas sobre la formación de estas estructuras. Para ello, se utilizó como microorganismo modelo Staphylococcus aureus, un patógeno oportunista de gran importancia en el ámbito hospitalario y en la industria alimentaria. En primer lugar, se estudió el efecto del tratamiento con el fago vB_SauM_phiIPLA-RODI (phiIPLA-RODI) sobre biofilms mixtos de S. aureus en combinación con distintos microorganismos (Lactobacillus plantarum, Enterococcus faecium, o Lactobacillus pentosus). Los resultados obtenidos sugieren que el impacto del bacteriófago varía en función de las especies acompañantes y las condiciones de la infección. Además, la propagación del fago dentro de los biofilms mixtos también depende en gran medida de la especie acompañante. Por otro lado, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía confocal de barrido láser (CLSM) mostraron cambios en la estructura tridimensional de los biofilms mixtos después del tratamiento con fagos. Complementariamente, también se analizó la capacidad de los fagos phiIPLA-RODI y vB_SepM_phiIPLA-C1C (phiIPLAC1C) para difundir, propagarse y permanecer viables dentro de la estructura del biofilm. Para ello, se desarrolló un nuevo método basado en la formación de los biofilms sobre una membrana de policarbonato que separa una cámara superior, donde se añade el tratamiento, y una cámara inferior, en la que se recoge el eluído tras dicho tratamiento. Nuestros resultados confirmaron que ambos fagos podían penetrar a través de biofilms formados por varias cepas bacterianas. Sin embargo, el grado de penetración del fago dependía de la cepa o cepas presentes, de su susceptibilidad a los fagos y su capacidad para formar un biofilm más o menos denso. Otro aspecto estudiado en este trabajo fue el impacto de los bacteriófagos sobre la formación de biofilms en S. aureus. Por un lado, se demostró que la presencia del fago virulento phiIPLA-RODI, a dosis bajas, daba lugar a una mayor acumulación de biomasa. Este fenómeno se debía a un incremento en el contenido de ADN extracelular de la matriz del biofilm. Además, los biofilms infectados con el fago mostraron diferencias transcripcionales importantes en comparación con un control no tratado. Por ejemplo, los datos de RNA-seq revelaron una posible activación de la respuesta estricta. Por otra parte, también se examinó el efecto de la lisogenia sobre el desarrollo de biofilms en este microorganismo. Los datos obtenidos mostraron que la lisogenización con dos fagos atemperados, ϕ11 y ϕ80α, aumentaba la capacidad de la cepa S. aureus RN450 para generar biofilm y la producción del pigmento carotenoide estafiloxantina. Este fenotipo podría explicarse en parte por las diferencias en la expresión génica mostradas por las cepas que albergan el profago, es decir, la activación del regulón del factor sigma alternativo (SigB) y la inhibición de genes controlados por el sistema de “quorum-sensing” Agr. Además de los bacteriófagos, se sabe que las proteínas líticas derivadas de estos son una alternativa prometedora a los antimicrobianos convencionales. Una de sus propiedades más interesantes es que no seleccionan cepas resistentes. Por otro lado, la ingeniería genética permite el diseño de nuevas proteínas "a medida" que pueden exhibir propiedades antibacterianas mejoradas. Un ejemplo de esto es la proteína quimérica CHAPSH3b. En este estudio se demostró que esta proteína lítica tiene potencial para el control de las células de S. aureus embebidas en biofilms. Otro aspecto interesante es que dosis subinhibitorias de CHAPSH3b inhiben la formación de biofilms en este patógeno. El análisis transcripcional reveló que este fenómeno podría estar relacionado con la inhibición de la expresión de genes que codifican autolisinas tras la exposición de las células de S. aureus a CHAPSH3b. En conjunto, todos estos datos aportan información valiosa acerca de la aplicación de los bacteriófagos y sus proteínas líticas para la prevención y eliminación de biofilms de S. aureus.