Inibizione del Quorum Sensing di Staphylococcus aureus tramite derivati del carnosolo.

ABSTRACT Quorum Sensing is a process that allows both Gram positive and negative bacteria to detect the presence of other bacteria and interacts with them by producing particular molecules called self- inductors. These molecules are modified oligopeptides (AMPs: anti microbial peptides) for Gram positive and homoserine lactones variously substituted for Gram negative. The QS allows the regulation of genes involved in different cellular pathways: bioluminescence, production of virulence- pathogenic factors, biofilm formation, sporulation, competence, conjugation, production of pigments, and above all antibiotic resistance. Among the other functions, the QS is fundamental to the formation of biofilm. Biofilm is composed of the aggregation of bacterial cells trapped within an extracellular matrix that acts as a physical protective barrier for the bacterium. The biofilm is problematic for the health of the individual. Thus, the biofilm originates chronic and systemic infections that the host is unable to eradicate. Moreover, cyclically vital bacterial cells detach from the biofilm (dispersal) to spread to other districts giving rise to secondary infections. Infections based on biofilms and / or antibiotic-resistant bacteria represent an increased cost to healthcare and the number of deaths linked to these infections is increasing. The aim of the thesis is to identify some carnasol-derived compounds that have quorum quenching activity (block of the QS pathway) of Staphylococcus aureus, a Gram positive bacterium member of the Micrococcaceae family. Its quorum sensing, based on the production of psm α and β (phenol soluble modulin), allows the formation of biofilms, the production of virulence factors and the occurrence of antibiotic resistance, making it the leading cause of bacteremia at the hospital level. Shutting down its QS is essential to alter the ability to form biofilms, prevent the appearance of antibiotic resistance and decrease the production of virulence factors, thus reducing the severity of infection. In this way, S. aureus is also more sensitive to the action of the immune system as it is less capable of adaptation and more sensitive to antibiotics. Differently from traditional antibiotics, the action of quorum quenching has no implications on the growth of the bacterium as it is neither bactericidal nor bacteriostatic and therefore does not trigger the resistance process.

ABSTRACT Il Quorum Sensing è un processo che permette a batteri sia Gram positivi che negativi di rilevare la presenza di altri batteri e interagire con essi mediante la produzione di particolari molecole denominate autoinduttori. Tali molecole sono oligopeptidi modificati (AMPs: anti microbical peptides) per i Gram positivi e omoserinlattoni variamente sostituiti per i Gram negativi. Il QS permette la regolazione di geni implicati in diversi pathways cellulari: bioluminescenza, produzione di fattori di virulenza-patogenicità, formazione di biofilm, sporulazione, competenza, coniugazione, produzione di pigmenti e soprattutto antibiotico resistenza. Tra le funzioni del QS è fondamentale la formazione del biofilm. Il biofilm è composto dall’aggregazione di cellule batteriche intrappolate all’interno di una matrice extracellulare che funge da barriera fisica di protezione per il batterio. Il biofilm è problematico per la salute dell’individuo in quanto origina infezioni croniche e sistemiche: l’organismo infatti non riesce a debellare l’infezione batterica e ciclicamente dal biofilm si staccano (dispersal) cellule batteriche vitali che possono attecchire in altri distretti dando origine a infezioni batteriche secondarie. Infezioni basate su biofilm e/o batteri resistenti agli antibiotici rappresentano ogni anno un costo sempre maggiore per la sanità e il numero di decessi legati a tali infezioni è in aumento. Lo scopo della tesi è quello di individuare alcuni composti derivati del carnasolo che abbiano attività di quorum quenching (blocco del pathway del QS) di Staphylococcus aureus: un batterio Gram positivo membro della famiglia delle Micrococcaceae. Il suo quorum sensing, basato sulla produzione di psm α e β (phenol soluble modulin), permette la formazione di biofilm, la produzione di fattori di virulenza e comparsa dell’antibiotico resistenza rendendolo la prima causa di batteriemia a livello ospedaliero. Bloccare il suo QS risulta fondamentale per alterare la capacità di formare biofilm, impedire la comparsa dell’antibiotico resistenza e diminuire la produzione di fattori di virulenza riducendo quindi la pericolosità della sintomatologia dell’infezione. In tal modo S. aureus risulta inoltre più sensibile all’azione del sistema immunitario in quanto meno capace di adattamento e più sensibile agli antibiotici. A differenza degli antibiotici tradizionali, l’azione di quorum quenching non ha implicazioni sulla crescita del batterio in quanto non risulta né battericida né batteriostatica e quindi non innesca il processo di resistenza.