A modular phage vector platform for targeted photodynamic therapy of Gram-negative bacterial pathogens
Annapaola Petrosino,
Roberto Saporetti,
Francesco Starinieri,
Edoardo Sarti,
Luca Ulfo,
Luca Boselli,
Andrea Cantelli,
Andrea Morini,
Suleman Khan Zadran,
Giampaolo Zuccheri,
Zeno Pasquini,
Matteo Di Giosia,
Luca Prodi,
Pier Paolo Pompa,
Paolo Emidio Costantini,
Matteo Calvaresi,
Alberto Danielli
Affiliations
Annapaola Petrosino
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Roberto Saporetti
Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 2, 40126 Bologna, Italy
Francesco Starinieri
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Edoardo Sarti
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Luca Ulfo
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Luca Boselli
Nanobiointeractions and Nanodiagnostics Laboratory, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Via Morego 30, 16163 Genova, Italy
Andrea Cantelli
CNR Institute of Molecular Genetics ''Luigi Luca Cavalli-Sforza'' Unit of Bologna, Italy; IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna, Italy
Andrea Morini
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Suleman Khan Zadran
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy
Giampaolo Zuccheri
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy; CIRI SDV – Centro Interdipartimentale Scienze della Vita - Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Tolara di Sopra, 41/E - 40064 Ozzano dell'Emilia (BO), Italy
Zeno Pasquini
Infectious Diseases Unit, IRCCS Azienda Ospedaliero-Universitaria di Bologna, Italy
Matteo Di Giosia
Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 2, 40126 Bologna, Italy
Luca Prodi
Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 2, 40126 Bologna, Italy; CIRI SDV – Centro Interdipartimentale Scienze della Vita - Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Tolara di Sopra, 41/E - 40064 Ozzano dell'Emilia (BO), Italy
Pier Paolo Pompa
Nanobiointeractions and Nanodiagnostics Laboratory, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Via Morego 30, 16163 Genova, Italy
Paolo Emidio Costantini
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy; Corresponding author
Matteo Calvaresi
Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 2, 40126 Bologna, Italy; CIRI SDV – Centro Interdipartimentale Scienze della Vita - Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Tolara di Sopra, 41/E - 40064 Ozzano dell'Emilia (BO), Italy; Corresponding author
Alberto Danielli
Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (FaBiT) – Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Francesco Selmi 3, 40126 Bologna, Italy; CIRI SDV – Centro Interdipartimentale Scienze della Vita - Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Via Tolara di Sopra, 41/E - 40064 Ozzano dell'Emilia (BO), Italy; Corresponding author
Summary: Growing antibiotic resistance has encouraged the revival of phage-inspired antimicrobial approaches. On the other hand, photodynamic therapy (PDT) is considered a very promising research domain for the protection against infectious diseases. Yet, very few efforts have been made to combine the advantages of both approaches in a modular, retargetable platform. Here, we foster the M13 bacteriophage as a multifunctional scaffold, enabling the selective photodynamic killing of bacteria. We took advantage of the well-defined molecular biology of M13 to functionalize its capsid with hundreds of photo-activable Rose Bengal sensitizers and contemporarily target this light-triggerable nanobot to specific bacterial species by phage display of peptide targeting moieties fused to the minor coat protein pIII of the phage. Upon light irradiation of the specimen, the targeted killing of diverse Gram(−) pathogens occurred at subnanomolar concentrations of the phage vector. Our findings contribute to the development of antimicrobials based on targeted and triggerable phage-based nanobiotherapeutics.