Vesículas de membrana externa como mecanismo defensivo contra antimicrobianos en salmonella enterica serovares typhi y typhimurium

Abstract

Salmonella enterica serovar Typhi es el agente etiológico de la fiebre tifoidea, una enfermedad infecciosa seria con un porcentaje de letalidad de alrededor del 30% en la era preantibióticos. El uso de antimicrobianos reduce ampliamente la mortalidad de esta enfermedad, sin embargo, la constante emergencia de cepas resistentes hace significativamente más complicado su tratamiento. Por esto, se vuelve importante estudiar mecanismos de resistencia alternativos para desarrollar tratamientos nuevos. Este estudio se enfoca en las vesículas de membrana externa (OMVs), compartimentos lipoproteicos nanométricos que son parte de complejos sistemas de respuesta al estrés. A la luz de estos antecedentes, nos preguntamos sobre el rol que desempeñan las OMVs en la resistencia antibiótica, por lo que decidimos evaluar tanto el efecto de la presencia de OMVs en la actividad de los antibióticos, como los determinantes de estos efectos, mediante ensayos de determinación de concentración mínima inhibitoria complementados con OMVs extraídas de un conjunto de mutantes de Salmonella enterica hipervesiculadoras, y S. Typhi tratada con dosis subletales de antimicrobianos no relacionados. Nuestros resultados más importantes muestran que las OMVs median un importante incremento en la resistencia a polimixina B, un oligopéptido catiónico que se intercala entre los fosfolípidos, formando poros hasta matar a la bacteria. Este efecto parece depender tanto de la concentración de las OMVs como de su naturaleza (por ejemplo, sus componentes). Además, dosis subletales de ampicilina parecen provocar una respuesta al estrés que promueve la formación de OMVs, y subsecuentemente, incrementan la resistencia a polimixina B. En resumen, las OMVs parecen constituir un mecanismo defensivo inespecífico con efecto sobre este antimicrobiano, y sus implicancias en la futura acumulación de mutaciones requiere más estudio, lo que apoya la importancia de este trabajo.

Salmonella enterica serovar Typhi is the etiological agent of typhoid fever, a severe infective disease which resulted in a death toll of around 30% in the preantibiotic era. The use of antibiotics greatly reduces the mortality of typhoid fever, but the continuous emergence of resistant strains complicates significantly the treatment. Thus, it becomes important to study alternative resistance mechanisms to develop new treatments. This study sets its focus on outer membrane vesicles (OMVs), nanosized lipoprotein compartments which some reports have them set as part of complex stress response systems. Under this insight, we wondered about the role OMVs possess in antibiotic resistance; thus, we decided to evaluate both the effect of the presence of OMVs on antibiotic activity and the determinants of such effects, by minimum inhibitory concentration assays complemented with OMVs extracted from either a set of hypervesiculating Salmonella enterica mutants and WT S. Typhi treated with sublethal doses of antibiotics. Our most prominent results show OMVs mediate an important increase in the resistance to polymyxin B, a cationic lipopeptide that locks itself between phospholipids, forming pores until life is no longer sustainable. This effect seems to rely both in the concentration of OMVs and the nature of OMVs (i.e. their components). Additionally, sublethal doses of ampicillin seem to trigger a stress response which promotes OMV production, and subsequently, increased resistance towards polymyxin B. Overall, OMVs seem to be a non-specific defensive mechanism with effect against this antibiotic, and its implications on future cumulative mutations require further study, hence remarking the importance of this work.