Pseudomonas aeruginosa ST235 yüksek riskli klonu kolistin stresine karşi eşsiz adaptif yanıt mekanizmalarina sahiptir

Pseudomonas aeruginosa (P.aeruginosa) ST235 yüksek riskli klonunun yayılması halk sağlığı için bir tehdit oluşturmaktadır. Antimikrobiyal dirençte görülen yüksek artış, P.aeruginosa enfeksiyonları için tedavi seçeneklerini sınırlı hale getirmiştir. Çalışmamızda kolistin dirençli P.aeruginosa'nın metagenomik ve transkriptomik yanıtlarını tespit ederek, çoklu ilaca dirençli ST235 P.aeruginosa enfeksiyonlarına karşı yeni tedavi yaklaşımları için antivirülent ve antimikrobiyal yeni hedef bölgeleri belirlemeyi amaçladık. Çalışma iki kısımda gerçekleştirilmiştir. İlk kısımda kolistin dirençli P.aeruginosa enfeksiyonu tanısı alan 27 hasta dirençli kohorta dahil edilmiştir. İkinci kısımda ise boylamsal çalışmaya kolistin duyarlı P.aeruginosa tanısı alan iki hasta dahil edilmiştir. Yüksek kolistin konsantrasyonları altında kolistin tolerans/persistan hücreler indüklenmiştir. Virülans genleri ve persister oluşumu ile ilgili genler analiz edilmiştir. Sekans tipini ve tek nükleotid polimorfizmini (SNP) belirlemek için metagenomik analizler yapılmıştır. Değişen mekanizmaları tespit etmek amacıyla transkriptomik analizler yapılmıştır. Tüm testler Illumina HiseqXten/Novaseq dizileme platformu ile gerçekleştirilmiştir. Dış membran porin protein ekspresyon seviyeleri immünoblotlama ile çalışılmıştır. İzolatların virülans skorları in vivo Caenorhabditis elegans (C. elegans) fertilite modeli ile belirlenmiştir. ST235 ile enfekte olgularda ölüm oranının (%81.8), ST235 olmayan olgulara (%36.4) göre anlamlı derecede yüksek olduğunu gözlemlendi (p=0.0237). Moleküler analiz sonucunda, ST235 klonlarının sırasıyla pvdA, pvdD, pvdJ ve pvdL'nin piyoverdin biyosentez genlerinde amino asit değişimlerine sahip olduğunu tespit edildi. Ayrıca, NONST235'e kıyasla ST235 klonlarında pvdD ve pvdJ genleri ekspresyon seviyelerinde azalma tespit edildi (p=0.0004). Ancak, piyoverdin salgılanması ST235'te diğer klonlardan önemli ölçüde farklı olmadığı tespit edildi (59.996'ya karşı 74.112 rfu/OD). Boylamsal çalışmada, metagenomik analiz, toleranslı hücrenin, tolerans ile ilişkili genlerde duyarlı ve dirençli izolatlarla genotipik olarak aynı mutasyonlara sahip olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, transkriptomik çalışmalar, tolerans hücrelerinin duyarlı ve dirençli hücrelere göre daha fazla DNA/onarım/SOS gen anlatımı olduğu tespit edildi. Ayrıca tolerans hücreleri, duyarlı ve dirençli izolatlara kıyasla yüksek ((p)ppGpp sentez geni relA ekspresyonuna sahip olduğu tespit edilmiştir. Kolistin dirençli P.aeruginosa ST235 klonu, diğer klonlardan tamamen farklı piyoverdin sistemlerine sahiptir. Piyoverdine'deki bu modifikasyonlar, ST235 klonunun yüksek virülansına katkıda bulunduğu ve anti-virülans tedavisi için bir hedef olarak kullanılabilir hale geldiği düşünülmektedir. DNA onarım/SOS yanıt geninin yüksek gen anlatımı, genotipte değişiklik olmaksızın kolistine toleranslı hücrelerin oluşumunu tetiklendiğini göstermiştir. Kolistin duyarlı izolatlarda meydana gelen tolerom oluşumu, kolistin direncinin gelişmesinde önemli rol oluşturmaktadır. Tolerant gelişiminin önlenmesi, direncin ortaya çıkmasını geciktirmek için yeni bir strateji sunabilir.