New insights into the virulence potential of Acinetobacter baumannii

Abstract

Acinetobacter baumannii has emerged as an important opportunistic nosocomial pathogen which can cause a wide range of infections among patients in intensive care and burns units. Species of the genus Acinetobacter colonise a wide range of habitats, but the infection reservoir(s) of A. baumannii outside the hospital is(are) yet unknown. First, we addressed the question of whether the colonization of different environments and/or ecological niches has led to a differentiation of multiple intra-specific A. baumannii populations with diversified phenotypic traits, or whether A. baumannii is a phenotypically homogeneous species endowed with broad adaptability. To address this point, the genotypic and phenotypic diversity of a wide collection of A. baumannii strains isolated from environmental, veterinary and human clinical sources was evaluated. Given the crucial role of iron for A. baumannii growth and infectivity, in the second part of the thesis iron metabolism has been assessed as a possible target for chelation-based antibacterial chemotherapy. The effect of iron restriction on A. baumannii growth and biofilm formation using different iron chelators and culture conditions was determined. Finally, in the third part of this thesis the contribution of individual iron uptake systems to survival and pathogenicity of A. baumannii in the human host was investigated. To this purpose, single and multiple knock-outs of A. baumannii genes implicated in iron uptake were generated. The iron uptake mutants were compared with the wild type strain for growth capability under different conditions of iron availability. To assess the uptake specificity of the mutated systems, growth promotion assays were performed in the presence of exogenously added iron sources. Lastly, the pathogenicity of the iron uptake mutants was also performed in the Galleria mellonella insect model of infection.

Acinetobacter baumannii è emerso come un importante patogeno opportunista in ambito nosocomiale, capace di provocare una vasta gamma di infezioni in pazienti critici ricoverati nelle unità per terapia intensiva o per grandi ustionati. Le specie del genere Acinetobacter colonizzano una vasta gamma di habitat, ma il serbatoio di infezione di A. baumannii è ancora sconosciuto. Innanzitutto, abbiamo affrontato il quesito se la colonizzazione di diverse nicchie abbia portato ad una differenziazione di popolazioni multiple intra-specifiche dotate di diversi tratti fenotipici, o se A. baumannii sia una specie fenotipicamente omogenea capace di adattarsi a diversi ambienti. A tal fine è stata studiata la diversità genotipica e fenotipica di una vasta collezione di ceppi di A. baumannii isolati di diverse origini, in particolare l’ambiente naturale, animali e pazienti infetti. In seguito, considerato il ruolo cruciale del ferro per la crescita e la patogenicità di A. baumannii, sono stati condotti degli studi mirati a verificare se il metabolismo del ferro possa costituire un bersaglio per la chemioterapia antibatterica basata sull’impiego di chelanti già ad uso clinico. È stato valutato l'effetto della carenza di ferro sulla crescita e sulla formazione del biofilm di A. baumannii utilizzando diversi chelanti del ferro e diverse condizioni di coltura. Infine, l'ultimo obiettivo di questa tesi di dottorato è stato quello di generare una combinazione di mutanti di A. baumannii per delezione sito-specifica di geni implicati nell’acquisizione del ferro, al fine di determinare il contributo dei singoli sistemi di acquisizione del ferro ai fini della sopravvivenza e della patogenicità di questo batterio. Questi mutanti sono stati confrontati con il ceppo selvatico per la capacità di crescere in diverse condizioni di disponibilità di ferro. Per valutare la specificità di acquisizione dei sistemi mutati, sono stati effettuati saggi di stimolazione della crescita in presenza di varie fonti esogene di ferro. La patogenicità dei vari mutanti nei sistemi di acquisizione del ferro è stata analizzata in un semplice modello d’infezione dell’insetto Galleria mellonella.