Dottorato in BIOLOGIA CELLULARE E DELLO SVILUPPO

Titolo della tesi: Host-pathogen interactions: dissecting the multifactorial virulence of enteroaggregative Escherichia coli and exploring epithelial responses to bacterial infections

L’Escherichia coli enteroaggregativo (EAEC) è un patogeno enterico emergente, sempre più spesso associato a episodi di diarrea persistente, in particolare nei bambini e nella popolazione vulnerabile. La sua patogenicità è complessa e multifattoriale: il batterio aderisce saldamente alla mucosa intestinale, forma biofilm robusti e rilascia tossine e molecole che scatenano infiammazione e risposte epiteliali. La capacità di EAEC di persistere nell’intestino, unita alla crescente resistenza antimicrobica, sottolinea l’urgenza di sviluppare nuove strategie terapeutiche alternative agli antibiotici convenzionali. Questa tesi indaga i meccanismi patogenetici di EAEC, identificando i principali fattori batterici coinvolti nella colonizzazione e nella persistenza, ed esplora in parallelo le risposte epiteliali dell’ospite all’infezione batterica mediante modelli cellulari avanzati. In primo luogo, abbiamo caratterizzato la pompa di efflusso AcrAB-TolC, tradizionalmente nota per il suo ruolo nella multiresistenza ai farmaci, dimostrando il suo contributo cruciale alla virulenza di EAEC. La perdita di AcrB ha compromesso funzioni chiave associate alla patogenicità, tra cui la formazione di biofilm, la produzione di DNA extracellulare e il caratteristico fenotipo di aderenza aggregativa, determinando un’attenuazione della virulenza in vivo nel modello Caenorhabditis elegans. In secondo luogo, abbiamo analizzato AggR, un regolatore trascrizionale appartenente alla famiglia AraC/XylS, che controlla numerosi circuiti di virulenza, inclusa l’espressione di aggA, che codifica per la principale subunità strutturale delle fimbrie di adesione aggregativa (AAF). Abbiamo dimostrato che gli acidi grassi a catena media (caprilico, laurico e decenoico) inibiscono significativamente la patogenicità di EAEC, riducendo l’espressione di aggR e aggA e interferendo con l’attività di AggR, con conseguente diminuzione della formazione di biofilm e dell’adesione epiteliale. Infine, abbiamo sviluppato un modello di organoidi di colon umano per studiare le risposte epiteliali all’infezione. Utilizzando un ceppo ExPEC come modello di studio preliminare, abbiamo osservato che la risposta epiteliale varia a seconda della carica batterica: infezioni con una molteplicità d'infezione (MOI) ridotta promuovono una riprogrammazione trascrizionale adattativa, con l’attivazione di geni metaplastici, mentre una MOI più elevata innesca risposte infiammatorie intense. Complessivamente, questi risultati chiariscono aspetti chiave della virulenza di EAEC e della sua modulazione da parte di fattori ambientali e dell’ospite, aprendo la strada a nuove strategie terapeutiche mirate a limitarne la colonizzazione e la persistenza.