Phagosomal escape, sopravvivenza intracellulare e formazione di varianti di piccole colonie di Staphylococcus aureus USA300 nei macrofagi murini RAW 264.7

Phagosomal escape and intracellular survival, often accompanied by small colony variants (SCVs) formation, are typical features of infections caused by Staphylococcus aureus. The survival in macrophages favors S. aureus dissemination and complicates therapy effectiveness. USA300 is a major clone of methicillin-resistant S. aureus (MRSA), a community- and hospital-acquired pathogen able to cause infections, but also to colonize the human body, as a member of the microbiota. Carnosine (β-alanyl-L-histidine) is a naturally occurring endogenous dipeptide with a multimodal mechanism of action that includes antioxidant and anti-inflammatory activities, and is also able to modulate the activity of cells of the peripheral (macrophages) and brain (microglia) immune system. RAW 264.7 murine macrophages infected with S. aureus strain ATCC BAA-1556, belonging to the USA300 lineage, and treated with 32 mg/L erythromycin and/or 20 mM carnosine were used as experimental model. SCVs were isolated in all the experimental conditions, but only those obtained when infected murine macrophages were treated with erythromycin/carnosine for 48 h were stable for at least six passages on blood agar. Whole Genome Sequencing was performed for BAA-1556 S. aureus wild-type and its stable SCV using both Illumina and Nanopore technologies. Genome analysis revealed 3 nucleotide differences between BAA-1556 and the stable SCV, including a nonsense mutation in the shikimate pathway gene aroK. Gene expression analysis revealed a significant up-regulation of zur, mntR, uhpt, fur, and sdrE in the SCV compared to the wild-type BAA-1556, likely involved in adaptation to intracellular persistence, including protection from inflammatory response and evasion from the immune system.

Il phagosomal escape e la sopravvivenza intracellulare, spesso accompagnata dalla formazione di piccole colonie varianti (SCV), sono caratteristiche tipiche delle infezioni causate da Staphylococcus aureus. La sopravvivenza nei macrofagi favorisce la diffusione di S. aureus e complica l'efficacia della terapia. USA300 è un clone importante di S. aureus resistente alla meticillina (MRSA), un patogeno acquisito in comunità e in ospedale in grado di causare infezioni, ma anche di colonizzare il corpo umano, come membro del microbiota. La carnosina (β-alanil-L-istidina) è un dipeptide endogeno naturale con un meccanismo d'azione multimodale che comprende attività antiossidante e antinfiammatoria, ed è anche in grado di modulare l'attività delle cellule periferiche (macrofagi) e cerebrali ( microglia) sistema immunitario. Come modello sperimentale sono stati utilizzati macrofagi murini RAW 264.7 infettati con il ceppo di S. aureus ATCC BAA-1556, appartenente al linaege USA300, e trattati con 32 mg/L di eritromicina e/o 20 mM di carnosina. Gli SCV sono stati isolati in tutte le condizioni sperimentali, ma solo quelli ottenuti quando i macrofagi murini infetti sono stati trattati con eritromicina/carnosina per 48 ore sono rimasti stabili per almeno sei passaggi su agar sangue. Il sequenziamento dell'intero genoma è stato eseguito per BAA-1556 S. aureus wild-type e il suo SCV stabile utilizzando entrambe le tecnologie Illumina e Nanopore. L'analisi del genoma ha rivelato 3 differenze nucleotidiche tra BAA-1556 e il SCV stabile, inclusa una mutazione senza senso nel gene aroK della via shikimate. L'analisi dell'espressione genica ha rivelato una significativa sovraregolazione di zur, mntR, uhpt, fur e sdrE nel SCV rispetto al BAA-1556 wild-type, probabilmente coinvolta nell'adattamento alla persistenza intracellulare, inclusa la protezione dalla risposta infiammatoria e l'evasione dal virus sistema immunitario.