Biologia sintetica in Pseudomonas aeruginosa: sviluppo di un plasmide standard

Antibiotic resistance is one of the main health emergencies that will threaten public health worldwide in the coming years. The emergence of bacterial strains resistant to multiple antibiotics (multi-drug resistant) makes the commonly used antibiotic therapies increasingly ineffective. The increasing incidence of these cases on a global scale has led to the need to focus research on finding alternative therapeutic solutions to traditional antibiotics. In this context, phage therapy is a promising field of research for the development of new approaches against bacterial infections. It is a therapeutic strategy based on the use of bacteriophages (also called phages), viruses capable of infecting bacteria exclusively and harmless to human cells. To optimize efficiency, specificity, functionality and safety, the phages used can be modified, thanks to the techniques and methods of Synthetic Biology. For example, it is possible to engineer the phage in such a way as to convey within the target bacterium a CRISPR interference system capable of silencing the expression of genes related to resistance. Specifically, the project of this thesis aims to develop an expression plasmid for the pathogen Pseudomonas aeruginosa, one of the most dangerous bacterial species in terms of multi-drug resistant, so as to allow the development of a phage carrier of the CRISPRi system functioning in this bacterium.

Il fenomeno dell’antibiotico-resistenza è una delle principali emergenze sanitarie che nei prossimi anni minacceranno la salute pubblica in tutto il mondo. L’insorgenza di ceppi batterici resistenti a più antibiotici (multi-drug resistant) rende sempre più inefficaci le terapie antibiotiche comunemente utilizzate. Il continuo aumento dell’incidenza di questi casi su scala globale ha portato alla necessità di focalizzare la ricerca sul trovare soluzioni terapeutiche alternative agli antibiotici tradizionali. La terapia fagica si pone, in questo contesto, come un promettente campo di ricerca per lo sviluppo di nuovi approcci contro le infezioni batteriche. Si tratta di una strategia terapeutica basata sull’utilizzo di batteriofagi (detti anche fagi), dei virus in grado di infettare esclusivamente i batteri e innocui nei confronti delle cellule umane. Per ottimizzarne efficienza, specificità, funzionalità e sicurezza, i fagi utilizzati possono essere modificati, grazie alle tecniche e i metodi della Biologia Sintetica. Per esempio, è possibile ingegnerizzare il fago in modo tale da veicolare all’interno del batterio target un sistema di CRISPR interference in grado di silenziare l’espressione dei geni relativi alla resistenza. Nello specifico, il progetto di questa tesi si pone l’obiettivo di sviluppare un plasmide di espressione per il patogeno Pseudomonas aeruginosa, specie batterica fra le più pericolose dal punto di vista dei ceppi multi-drug resistant, in modo tale da permettere lo sviluppo di un vettore fagico portatore del sistema CRISPRi funzionante in questo batterio.