Mecanismul prin care bacteriile rezistente la antibiotice determină întârzirea vindecării rănilor cronice

Un studiu experimental desfășurat la Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore) demonstrează că Enterococcus faecalis, o bacterie comensală intestinală cu potențial patogen oportunist, interferează activ cu procesele de reparare tisulară printr-un mecanism metabolic specific. Cercetarea arată că transferul extracelular de electroni al bacteriei generează specii reactive de oxigen care activează anormal răspunsul celular la proteinele nepliabile, afectând migrarea celulelor epiteliale și întârziind vindecarea rănilor.

Idei principale

• Enterococcus faecalis activează răspunsul la stres al reticulului endoplasmatic în timpul infecțiilor cutanate.
• Activarea este dependentă de un sistem metabolic bacterian numit transfer extracelular de electroni.
• Acest sistem generează specii reactive de oxigen, în special peroxid de hidrogen.
• Speciile reactive induc peroxidare lipidică, hiperactivează răspunsul UPR și blochează migrarea keratinocitelor.
• Blocarea sursei bacteriene de stres oxidativ restabilește parțial repararea epitelială.

Context

Enterococcus faecalis este frecvent implicat în infecții cronice dificil de tratat, precum infecțiile de plagă, endocardita infecțioasă sau infecțiile asociate dispozitivelor medicale. În contextul rănilor, prezența bacteriei este asociată cu migrare epitelială întârziată și dereglări ale răspunsului imun.

Un mecanism central de adaptare al acestei bacterii este flexibilitatea metabolică, care îi permite supraviețuirea în condiții de stres oxidativ și limitare nutrițională. Până la acest studiu, nu era clar dacă metabolismul bacterian contribuie activ la blocarea proceselor de reparare tisulară ale gazdei.

Celulele gazdă răspund la stresul indus de infecții prin activarea răspunsului la proteinele nepliabile (Unfolded Protein Response – UPR), un mecanism conservat evolutiv care coordonează adaptarea la stresul reticulului endoplasmatic sau, în caz de stres persistent, inițiază moartea celulară. Dereglarea acestui răspuns este cunoscută ca factor perturbator al homeostaziei tisulare.

Despre studiu

Autorii au combinat analize in vivo, in vitro și abordări genetice de mare capacitate pentru a investiga modul în care E. faecalis activează UPR și impactul acestui fenomen asupra vindecării rănilor.

Studiul a inclus:

• Analiza transcriptomică unicelulară a rănilor infectate la șoarece.
• Modele murine de infecție cutanată.
• Experimente pe linii celulare epiteliale și fibroblastice.
• Un screening genetic extins al mutanților bacterieni.

Rezultate

Activarea UPR în rănile infectate

Analiza transcriptomică a evidențiat activarea selectivă a răspunsului UPR în keratinocite și celule imune din rănile infectate. Activarea nu a fost globală, ci concentrată în subpopulații celulare asociate infecției.

La nivel tisular, rănile infectate au prezentat o expresie crescută a markerilor UPR specifici căilor IRE1 și PERK, în timp ce calea ATF6 nu a fost semnificativ activată. Acest profil sugerează o dereglare selectivă a răspunsului la stres, asociată cu infecția bacteriană.

Impactul UPR asupra migrației keratinocitelor

În modele in vitro de „testul rănilor zgâriate”, infecția cu E. faecalis a blocat aproape complet migrarea keratinocitelor, un proces esențial pentru închiderea rănilor. Fenomenul a fost similar cu cel observat în condiții de stres sever al reticulului endoplasmatic indus farmacologic.

Atât hiperactivarea UPR în timpul infecției, cât și inhibarea excesivă a căii IRE1 au fost asociate cu migrare defectuoasă, indicând că un nivel fiziologic fin reglat al UPR este necesar pentru repararea eficientă a epiteliului.

Identificarea transferului extracelular de electroni ca mecanism central

Un screening genetic de mare capacitate a identificat mutanți bacterieni incapabili să activeze UPR. Aceștia prezentau defecte în:

• Transferul extracelular de electroni (EET).
• Biosinteza demetilmenaquinonei, un transportor cheie de electroni.

Mutanții cu EET inactiv produceau cantități semnificativ mai mici de superoxid și peroxid de hidrogen, nu activau UPR și nu blocau migrarea keratinocitelor.

Rolul speciilor reactive de oxigen

Studiul a demonstrat că peroxidul de hidrogen generat de E. faecalis este suficient pentru a activa UPR în celulele gazdă. Neutralizarea acestuia cu catalază a redus activarea UPR și a îmbunătățit migrarea celulară.

Infecția cu tulpini sălbatice a fost asociată cu peroxidare lipidică crescută în celulele epiteliale, un semn distinctiv al stresului oxidativ sever și un cunoscut declanșator al răspunsului UPR.

Interpretare

Rezultatele identifică transferul extracelular de electroni al E. faecalis ca un mecanism de virulență metabolică, prin care bacteriile leagă metabolismul redox de perturbarea directă a fiziologiei celulelor gazdă. Spre deosebire de alți patogeni care folosesc toxine sau efectori secretați, E. faecalis exploatează un mecanism metabolic fundamental pentru a induce stres oxidativ și disfuncție celulară.

Datele sugerează că hiperactivarea UPR și peroxidarea lipidică ar putea reprezenta manifestări ale unui proces de tip ferroptoză indusă de infecție, deși acest aspect necesită confirmare experimentală suplimentară.

Un aspect clinic important este că inhibarea directă a UPR la nivelul gazdei poate fi contraproductivă, deoarece acest răspuns este necesar fiziologic pentru vindecare. În schimb, țintirea sursei bacteriene de stres oxidativ – metabolismul redox și EET – ar putea reprezenta o strategie terapeutică mai eficientă.

Concluzii

Studiul demonstrează că Enterococcus faecalis utilizează transferul extracelular de electroni pentru a genera specii reactive de oxigen care dereglează răspunsul la stres al reticulului endoplasmatic și blochează repararea epitelială. Acest mecanism conectează direct metabolismul bacterian cu vindecarea întârziată a rănilor și identifică noi ținte potențiale pentru intervenții terapeutice în infecțiile cronice cu E. faecalis, din ce în ce mai rezistente la antibiotice.