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Come i batteri "agiscono come uno" per sfuggire agli antibiotici

Una nuova ricerca ingrandisce Pseudomonas aeruginosa per scoprire una strategia che i batteri resistenti ai farmaci usano per evitare gli antibiotici. I risultati potrebbero aiutare a rendere più efficaci gli antibiotici.

Jean-Louis Bru, del dipartimento di biologia molecolare e biochimica dell’Università della California, Irvine, è il primo autore del nuovo studio, che appare nel Journal of Bacteriology.

Bru e colleghi hanno concentrato i loro sforzi di ricerca su Pseudomonas aeruginosa (P. Aeruginosa), un tipo di batteri che attacca principalmente le persone con fibrosi cistica.

La fibrosi cistica è una condizione respiratoria ereditaria in cui i polmoni producono più muco di quanto dovrebbero. Colpisce circa 30.000 persone negli Stati Uniti.

P. aeruginosa è presente anche nelle strutture sanitarie e il batterio può diffondersi attraverso acqua, suolo, mani, attrezzature e altre superfici contaminate. Il batterio può portare a infezioni postoperatorie nel sangue o in altre parti del corpo, oltre a causare polmonite.

P. aeruginosa è uno dei tipi di batteri più pericolosi.

Nel contesto della crisi della salute pubblica che è la resistenza agli antibiotici, l’Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha inserito P. aeruginosa nell’elenco dei “patogeni prioritari”, ovvero i 12 batteri più pericolosi per la salute umana perché sono diventati resistente ai farmaci comunemente usati dai medici per combatterli.

L’OMS ha diviso questi 12 batteri in priorità “critica”, “alta” e “media”, elencando P. aeruginosa come critico a causa della sua resistenza al gruppo di antibiotici chiamati carbapenemi.

Solo 2 settimane fa, i Centers for Disease Control and Prevention (CDC) consideravano anche P. aeruginosa una “minaccia seria”, inserendola nella loro lista di agenti patogeni ad alta priorità.

In questo quadro più ampio, ricerche come lo studio condotto da Bru e colleghi sono cruciali sia per comprendere i meccanismi di difesa dei batteri sia per affrontare le infezioni in modo più efficace.

I batteri agiscono come “un unico organismo unito”

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato la crescita e la diffusione dei batteri nelle capsule di Petri, ricreando un ambiente simile a quello delle mucose che consentono a P. aeruginosa di prosperare nella fibrosi cistica.

Qui, il team ha testato l’effetto di antibiotici e batteriofagi sullo “sciame”, che è la capacità dei batteri di muoversi collettivamente. I batteriofagi sono virus che infettano e attaccano i batteri dall’interno.

Mischiando l’antibiotico gentamicina con gli sciami di P. aeruginosa è emerso che i batteri inviano segnali ai loro batteri conspecifici, avvertendoli del pericolo e permettendo loro di evitarlo.

I batteri Pseudomonas lo fanno secernendo la molecola di segnalazione del chinolone di Pseudomonas (PQS), scrivono gli autori. Spiegano: “Questi meccanismi hanno l’effetto complessivo di limitare l’infezione a una sottopopolazione, che promuove la sopravvivenza della popolazione complessiva”.

La coautrice dello studio Nina Molin Høyland-Kroghsbo, assistente professore presso il dipartimento di scienze veterinarie e animali dell’Università di Copenaghen in Danimarca, commenta gli esperimenti e i loro risultati.

“Possiamo vedere in laboratorio che i batteri nuotano semplicemente nella” zona pericolosa “con antibiotici o batteriofagi. Quando ricevono il segnale di avvertimento dai loro conspecifici, puoi vedere al microscopio che si stanno muovendo in un cerchio pulito intorno” dice il ricercatore, riferendosi al movimento brulicante.

“È un meccanismo di sopravvivenza intelligente per i batteri”, continua. “Se si scopre che i batteri usano la stessa manovra evasiva quando infettano l’uomo, può aiutare a spiegare perché alcune infezioni batteriche non possono essere trattate efficacemente con antibiotici.”

“È abbastanza affascinante per noi vedere come i batteri comunicano e cambiano il comportamento per far sopravvivere l’intera popolazione batterica. Si può quasi dire che agiscono come un unico organismo unito”.

Nina Molin Høyland-Kroghsbo

Preparare la strada a antibiotici più efficaci

In un editoriale collegato, Julia C. van Kessel commenta il significato dei risultati, affermando che la capacità di P. aeruginosa di influenzare un comportamento di gruppo, come lo sciame in risposta allo stress, è una scoperta “unica”. Ciò ha portato gli autori dello studio a coniare il termine “risposta allo stress collettivo”, scrive van Kessel.

Gli autori dello studio commentano anche i modi in cui i loro risultati potrebbero in definitiva aiutare ad affrontare la crisi della resistenza agli antibiotici.

Sebbene ci sia ancora molto lavoro da fare prima che i risultati portino allo sviluppo di trattamenti utili, il prossimo passo della ricerca sarà quello di trovare modi per interferire con la segnalazione PQS dei batteri.

I risultati “(chiariscono) la strada per l’uso di droghe nel tentativo di impedire che il segnale di avvertimento venga inviato in primo luogo”, afferma Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

“In alternativa, è possibile progettare sostanze che potrebbero bloccare la ricezione del segnale da parte di altri batteri e ciò potrebbe potenzialmente rendere più efficace il trattamento con antibiotici o virus dei batteriofagi”, aggiunge il ricercatore.

“Le infezioni con questo tipo di batteri sono un grave problema in tutto il mondo, con molti ricoveri e decessi. Ecco perché siamo davvero contenti di poter contribuire con nuove conoscenze che possono essere potenzialmente utilizzate per combattere questi batteri.”

Nina Molin Høyland-Kroghsbo

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