La rigidità dei fagi C22 termoresponsiva modula l'infettività dei fagi

Nov 27, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13001 (2022) Citare questo articolo

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I batteriofagi offrono un’alternativa sostenibile per il controllo delle malattie delle colture. Tuttavia, la mancanza di conoscenza sui meccanismi di infezione dei fagi rende il controllo biologico basato sui fagi variabile e inefficace. In questo lavoro, abbiamo interrogato la dipendenza dalla temperatura dell'infezione e il comportamento termo-responsivo del fago C22. Questo podovirus presente nel suolo è in grado di lisare Ralstonia solanacearum, causando una malattia da avvizzimento batterico. Abbiamo rivelato che il fago C22 poteva infettare meglio la cellula ospite patogena quando incubato a basse temperature (25, 30 °C) piuttosto che ad alte temperature (35, 40 °C). La misurazione della rigidità dei fagi C22 ha rivelato che la rigidità dei fagi alle basse temperature era 2-3 volte maggiore rispetto alle alte temperature. Inoltre, i risultati dell’imaging hanno mostrato che più particelle fagiche C22 erano attaccate alla superficie cellulare alle basse temperature che alle alte temperature, associando la rigidità dei fagi e l’attaccamento dei fagi. Il risultato suggerisce che la modulazione della struttura e della rigidità in risposta al cambiamento di temperatura migliora l’infezione, fornendo informazioni meccanicistiche sul ciclo litico del fago C22. Il nostro studio indica la necessità di comprendere le risposte dei fagi all'ambiente fluttuante per un'efficace implementazione del biocontrollo basato sui fagi.

La malattia da avvizzimento batterico causata da Ralstonia solanacearum ha distrutto colture economiche tra cui patate, pomodori, tabacco e peperoncino, costando circa 1 miliardo di dollari USA all'anno1. Le pratiche convenzionali come la disinfezione del suolo, l'ammendante e la rotazione delle colture sono laboriose e inefficaci a causa della capacità dei batteri patogeni di sopravvivere nel suolo per lungo tempo e di propagarsi nelle regioni vicine attraverso i canali d'acqua2,3. L’uso di prodotti chimici e pesticidi per eliminare i batteri provoca residui dannosi sui prodotti di consumo, sulla salute umana e sull’ambiente. Pertanto, il controllo biologico di Ralstonia solanacearum che causa la malattia da avvizzimento utilizzando agenti antagonisti ha guadagnato interesse come alternativa sicura4,5. Tra questi agenti, i batteriofagi litici o i fagi dimostrano risultati promettenti nel controllo di tali batteri dannosi6,7,8,9. I fagi prendono di mira cellule batteriche ospiti specifiche. Una volta eradicate tutte le cellule ospiti, i fagi non verranno più replicati. I fagi sono generalmente riconosciuti come sicuri (GRAS) e non tossici per gli eucarioti, il che li rende una scelta interessante per prevenire e curare le malattie delle colture, inclusa l'avvizzimento batterico10,11.

Nonostante i vantaggi dei fagi, il biocontrollo mediato dai fagi è sottoutilizzato a causa della sua efficacia variabile12,13,14,15. Il successo del biocontrollo dei fagi dipende dall'infezione della cellula ospite batterica da parte dei fagi, che è governata da diversi fattori circostanti come pH, ioni e pressione osmotica16,17,18. Un fattore influente in tutti i microambienti è la temperatura. I fagi utilizzati nel biocontrollo sono costantemente sottoposti a temperature fluttuanti dovute al clima quotidiano e alle variazioni stagionali nei campi agricoli. La dipendenza dalla temperatura dei fagi è stata precedentemente studiata. Tuttavia, il ruolo esatto della temperatura sull’infezione da fagi rimane poco chiaro. Alcuni fagi possono infettare meglio alle loro specifiche temperature permissive19,20,21,22. Il fago lambda che infettava l'Escherichia coli e i fagi che infettavano la Burkholderia pseudomallei infettavano le cellule ospiti in modo più efficace e producevano più fagi della progenie a circa 35–40 °C che a circa 20–35 °C20,22. Lo studio sulla lisi cellulare di Pseudomonas fluorescens da parte del fago ɸS1 ha mostrato un tasso di infezione più elevato a 26 °C rispetto a 37 °C23. D'altra parte, alcuni fagi sono insensibili alla temperatura. Il fago del miovirus T4 ha efficacemente lisato l'E. coli BL21 in un intervallo di temperatura compreso tra 15 e 41 °C24. Il fago P100 che infetta Listeria monocytogenes è rimasto infettivo a 4–60 °C25,26. Il fago MR5 che infetta Pseudomonas syringae, causando il cancro batterico, ha mostrato un'infettività simile a 20, 27 e 37 °C27. Comprendere come la temperatura influisce sull'infezione da fagi può fornire una linea guida sull'uso del biocontrollo dei fagi se abbinato ai dati di previsione della temperatura e dell'infezione6,28. Pertanto, tentiamo di decifrare il ruolo della temperatura per i fagi nell'uso del biocontrollo.