*E. coli* Sopprime *S. aureus* nei Biofilm su Impianti Articolari e Modifica la Risposta agli Antibiotici

Le infezioni periprotesiche articolari (PJI) colpiscono circa il 2% dei oltre un milione di pazienti che ogni anno si sottopongono ad artroplastica totale di articolazione, e sono associate a elevata morbilità e mortalità. Sebbene <i>Staphylococcus aureus</i> sia responsabile del 20–40% delle PJI precoci postoperatorie, le infezioni polimicrobiche — che coinvolgono due o più microrganismi — si verificano nel 6–40% dei casi e sono associate a tassi di fallimento terapeutico superiori al 70%. Nonostante questo rilevante impatto clinico, le modalità di interazione tra diverse specie batteriche all'interno dei biofilm associati agli impianti rimangono poco comprese. Questo studio del Massachusetts General Hospital e della Harvard Medical School ha investigato direttamente le dinamiche di coesistenza di <i>S. aureus</i> ed <i>E. coli</i> in biofilm a doppia specie su superfici di impianti in acciaio inossidabile nell'arco di 48 ore.

Mediante metodi di conta su piastra, colorazione fluorescente di Gram, microscopia elettronica a scansione (SEM) e profilazione dell'espressione genica, i ricercatori hanno monitorato la vitalità, la struttura e l'adattamento molecolare del biofilm. Negli esperimenti di co-coltura con <i>S. aureus</i> meticillino-sensibile (MSSA), <i>E. coli</i> ha ridotto la vitalità del biofilm di MSSA di oltre 3 log sia a 6 ore (p=0,031) che a 24 ore (p=0,0004), con MSSA che scendeva al di sotto del limite di rilevazione entro 48 ore (p=0,0075). Per lo <i>S. aureus</i> meticillino-resistente (MRSA), la vitalità risultava inizialmente elevata a 6 ore (p=0,013), ma scendeva al di sotto della soglia di rilevazione a 24 ore (p=0,00076), recuperando leggermente ma rimanendo significativamente soppressa a 48 ore (p=0,022). La vitalità di <i>E. coli</i> non risultava influenzata in nessuna delle due condizioni di co-coltura.

La microscopia a fluorescenza ha confermato visivamente queste dinamiche: la quota vitale di MSSA è scesa dal 78% al 14% della popolazione del biofilm entro 48 ore, mentre <i>E. coli</i> è passato dal 22% all'86%. Con MRSA, la quota vitale di <i>S. aureus</i> è scesa dal 29% a soltanto il 2%, mentre <i>E. coli</i> è salito dal 71% al 98%. Le immagini SEM hanno evidenziato modificazioni morfologiche in entrambe le specie: gli aggregati di <i>S. aureus</i> apparivano nel tempo collassati e rarefatti, mentre <i>E. coli</i> sviluppava una crescita a catena e sembrava trarre vantaggio dalla matrice extracellulare di <i>S. aureus</i> per l'adesione iniziale. In modo significativo, <i>S. aureus</i> recuperato dai biofilm a doppia specie formava varianti a piccola colonia (SCV) su agar selettivo, un fenotipo associato alla tolleranza agli antibiotici e all'infezione cronica.

I test di suscettibilità agli antibiotici hanno mostrato effetti marcatamente ceppo-specifici. La concentrazione minima di eradicazione del biofilm (MBEC) di gentamicina per MSSA si è ridotta drasticamente in presenza di <i>E. coli</i> — da 100–500 µg/mL nei biofilm a specie singola a meno di 10–25 µg/mL nei biofilm a doppia specie (p=0,0076 a 6 h; p=0,0067 a 24 h). Al contrario, MRSA ha mostrato variazioni limitate nella MBEC della gentamicina. In modo paradossale, la MBEC della gentamicina per <i>E. coli</i> è aumentata nelle condizioni a doppia specie — da 25–50 µg/mL in mono-specie fino a 500 µg/mL in co-coltura con MSSA — suggerendo che l'ambiente polimicrobico conferisce una resistenza protettiva a <i>E. coli</i>, pur sensibilizzando contemporaneamente MSSA.

La profilazione dell'espressione genica ha rivelato adattamenti a livello molecolare in entrambi gli organismi. <i>S. aureus</i> ha downregolato i geni associati all'adesione e al biofilm, mentre ha upregolato le vie di risposta allo stress. <i>E. coli</i> ha mostrato una regolazione differenziale dei geni di virulenza e del biofilm nel contesto a doppia specie. Nell'insieme, questi risultati suggeriscono che la competizione inter-specie ridisegna il quadro infettivo in modi che gli attuali protocolli di trattamento non prendono in considerazione. La soppressione di <i>S. aureus</i> da parte di <i>E. coli</i> potrebbe in teoria essere sfruttata a fini terapeutici, ma il simultaneo aumento della resistenza agli antibiotici di <i>E. coli</i> e la comparsa di SCV di <i>S. aureus</i> complicano questo scenario. Gli autori auspicano una validazione in vivo e studi meccanicistici per tradurre questi risultati in strategie di trattamento ottimizzate per le PJI polimicrobiche.