The influence of adipocytes’ secretome and immune response on bacterial growth

Abstract

Obesity is characterized by excessive fat in adipose tissue and continues to be described as a public health problem. In addition, it is associated with the development and worsening of comorbidities such as type II diabetes, cardiovascular diseases, hypertension and metabolic syndrome. Another public health problem focuses on antimicrobial resistance (AMR). Over time, they have been gaining alarming proportions worldwide, due to the ability to acquire new mechanisms of resistance threatening the treatment of infections acquired in the community and in hospitals, resulting in a prolonged illness, disability, and death. The state of obesity entails an imbalance in the production of proinflammatory and anti-inflammatory factors that contributes to infections’ susceptibility. This susceptibility translates into respiratory and skin barrier impairment, obesity-related comorbidities, slower healing and inefficient antimicrobial therapy. Bacteria’s alarming ability to gain resistance has raised concerning obstacles in antimicrobial therapies in patients with chronic inflammation, such as obese individuals. This study aimed to understand the influence of an inflammatory obesity-mimicking environment in the growth of Staphylococcus aureus, Mycobacterium smegmatis, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa strains with different antibiotic resistance. For this, the cell lines Raw 264.7 (macrophages) and 3T3-L1 (adipocytes) were collected to serve as a conditioned medium for bacterial growth. All strains were exposed to a variety of conditioned media (DMEM, DMEM enriched with 10% and 50% adipocyte secretome (SA), macrophage secretome (SM) and macrophage secretome enriched with 10% and 50% SA). Results showed Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Klebsiella pneumoniae Carbapenem/ESBL are of greater risk factor in a SM environment. On the other hand, S.aureus, M. smegmatis, wild-type K.pneumoniae, K.pneumoniae ESBL, K.pneumoniae Carbapenem, E. coli and P. aeruginosa only seems to depend more on SA environment. Additionally, bacterial strains with AmpC resistance showed high risk to bacterial growth in environment enriched with SA. Overall, this study demonstrates that the kind of resistance and the environment in which each bacteria strain is present can contribute to the state of chronic inflammation.

A obesidade é caraterizada pelo excesso de gordura no tecido adiposo, continuando a ser descrita como um problema à saúde pública. Além disso, está associada ao desenvolvimento e agravamento de comorbidades como diabetes tipo II, doenças cardiovasculares, hipertensão e síndrome metabólica. Outro problema à saúde pública incide nas resistências antimicrobianas (AMR). Ao longo do tempo, têm vindo a ganhar proporções alarmantes à escala Mundial, devido à capacidade de adquirir novos mecanismos de resistência, ameaçando o tratamento de infeções adquiridas na comunidade e nos hospitais, do qual resulta numa doença prolongada, incapacidade e morte. O estado de obesidade acarreta um desequilíbrio na produção de fatores pró-inflamatórios e anti-inflamatórios que contribuem para a suscetibilidade das infeções. Essa suscetibilidade traduz-se em comprometimento respiratório e da barreira cutânea, comorbidades relacionadas à obesidade, cicatrização mais lenta e terapia antimicrobiana ineficiente. A capacidade alarmante das bactérias em adquirir resistência tem levantado obstáculos à terapia antimicrobiana em pacientes com inflamação crônica, como indivíduos obesos. Este estudo teve como objetivo compreender a influência de um ambiente inflamatório que mimetiza a obesidade, no crescimento de Staphylococcus aureus, Mycobacterium smegmatis, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa com diferentes resistências a antibióticos. Para tal, as linhagens celulares Raw 264.7 (macrófagos) e 3T3-L1 (adipócitos) foram escolhidas para servir como meio condicionado para o crescimento bacteriano. As estirpes bacterianas foram expostas a uma variedade de meios condicionados (DMEM, DMEM enriquecido com 10% e 50% de secretoma de adipócitos (SA), secretoma de macrófagos (SM) e secretoma de macrófagos enriquecido com 10% e 50% de SA). Os resultados mostraram que S.aureus com resistência a meticilina (MRSA) e K. pneumoniae Carbapenem/ESBL contribuem para um maior fator de risco num ambiente de SM. Por outro lado, S.aureus, M. smegmatis, K. pneumoniae “estirpe-selvagem”, K. pneumoniae ESBL, K. pneumoniae Carbapenem, E. coli e P. aeruginosa parecem depender mais de um ambiente enriquecido em SA. Ainda, as estirpes bacterianas com resistência a AmpC apresentam crescimento bacteriano elevado num ambiente enriquecido em SA. No geral, os resultados mostraram que a estirpe e painel de resistência, podem contribuir para o estado de inflamação crónico de forma diferenciada.