Pseudomonas aeruginosa es una bacteria Gram negativa que produce una variedad de pigmentos, incluida la piomelanina, un pigmento marrón rojizo que ayuda a proporcionar protección contra el estrés oxidativo1-4 y se une a una variedad de compuestos, incluidos los antibióticos aminoglucósidos5-7. La producción de piomelanina está causada por un defecto en la vía del catabolismo de la tirosina4,8, ya sea a través de deleciones o mutaciones del gen que codifica la homogentisa 1,2-dioxigenasa (HmgA)1,9 o a través de desequilibrios en las diversas enzimas de la vía10. El homogentizado se acumula debido a la inactivación de la HmgA, y se secreta y oxida para formar piomelanina11. La producción de piomelanina puede ser abolida o reducida de una manera dependiente de la dosis mediante el tratamiento con el herbicida 2-[2-nitro-4-(trifluorometil)benzoil]-1,3-ciclohexanediona (NTBC)12, que inhibe la 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (Hpd) en la vía del catabolismo de tirosina13. La Hpd es necesaria para la formación de homogentizado y, por lo tanto, de piomelanina11.
Describimos en detalle tres técnicas que fueron importantes en nuestros estudios sobre el tratamiento con NTBC de las cepas productoras de piomelanina de P. aeruginosa. Estas técnicas incluyen la titulación de NTBC para determinar las concentraciones que suprimirán o reducirán la producción de piomelanina en las cepas productoras de piomelanina de laboratorio y clínicas, la determinación de la concentración inhibitoria mínima (MIC) de los antibióticos cuando las bacterias se tratan con NTBC y la sensibilidad resultante al estrés oxidativo con el tratamiento con NTBC.
El ensayo de valoración que desarrollamos tiene dos propósitos. En primer lugar, el ensayo permitirá al usuario determinar si el NTBC puede abolir o reducir la producción de piomelanina en la bacteria que se está estudiando y en qué concentraciones. Esto permitirá al usuario determinar la sensibilidad al NTBC, ya que diferentes cepas de bacterias pueden tener diferentes sensibilidades a este compuesto, como se observó en P. aeruginosa12. En segundo lugar, el ensayo de titulación de NTBC permitirá al usuario determinar la concentración adecuada de NTBC para usar en ensayos posteriores, como MIC de antibióticos y ensayos de respuesta al estrés oxidativo, si el objetivo es abolir o reducir la producción de piomelanina y determinar los efectos de la reducción de pigmentos.
El ensayo de titulación funciona porque se puede observar una diferencia visible en la producción de piomelanina en las cepas tratadas con NTBC y las diferencias en la producción de piomelanina dependen de la dosis12. Además, esta técnica se puede aplicar al estudio de otros compuestos que pueden eliminar o mejorar la producción de pigmentos en las bacterias.
Las CMI de antibióticos se utilizan para determinar la sensibilidad de las bacterias a los antibióticos. Existen varios métodos para determinar los MIC, incluyendo las placas de dilución en agar y las diluciones en caldo14. Las diluciones de caldo se pueden realizar en pequeños tubos de ensayo o en una placa de microtitulación de 96 pocillos. El método de la placa de microtitulación para la determinación de la CMI descrito en este documento permitirá al usuario probar una amplia gama de antibióticos utilizando un mínimo de recursos. El ensayo proporciona reproducibilidad, así como flexibilidad en el número de antibióticos y cepas analizadas por este método. Además, con la incorporación de NTBC en el ensayo, el usuario puede determinar si la eliminación o reducción de la producción de piomelanina altera la sensibilidad a los antibióticos en las bacterias productoras de piomelanina.
La respuesta bacteriana al estrés oxidativo se puede probar de varias maneras. Los métodos más comunes descritos son los recuentos viables de bacterias sometidas a estrés oxidativo durante un período de tiempo1, o los ensayos de difusión en disco de estrés oxidativo15. Estos métodos tienden a utilizar altas concentraciones de estresores oxidativos para examinar los efectos del estrés oxidativo en las bacterias y los resultados pueden ser bastante variables entre las réplicas biológicas. El ensayo de conteo viable también tiende a usar más placas de agar que los otros métodos. El ensayo de placa puntual que describimos utiliza bajas concentraciones deH2O2 y permite al usuario probar la respuesta al estrés oxidativo de múltiples cepas utilizando un mínimo de placas. El ensayo también es consistentemente reproducible entre réplicas técnicas y biológicas. Dado que la piomelanina está implicada en la resistencia al estrés oxidativo, la incorporación de NTBC en el ensayo permite al usuario determinar los efectos de la eliminación de la producción de piomelanina sobre la resistencia al estrés oxidativo.