Come i batteri si sacrificano per rendere inefficaci gli antibiotici
Questa scoperta aiuta gli scienziati a comprendere i meccanismi di sopravvivenza dei batteri e, di conseguenza, a migliorare l'efficacia degli antibiotici
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I batteri possono difendersi dagli antibiotici grazie a un enzima rilasciato dalle cellule morenti. È questa la conclusione a cui è giunto un gruppo di ricerca composto da ricercatori dell’Istituto di Fisica Biologica dell’Università di Colonia e della Wageningen University & Research. Questa scoperta aiuta gli scienziati a comprendere i meccanismi di sopravvivenza dei batteri e, di conseguenza, a migliorare l’efficacia degli antibiotici. Il team guidato dal professor Joachim Krug a Colonia e dal professor Arjan de Visser a Wageningen ha dimostrato che i batteri Escherichia coli (E. coli) sono in grado di produrre un enzima che degrada chimicamente l’antibiotico, rendendolo così inefficace. Poiché l’enzima viene rilasciato in particolare dai batteri morenti, i ricercatori definiscono questo fenomeno «morte cellulare altruistica», che garantisce la sopravvivenza della popolazione nel suo complesso. Questi risultati aiutano a spiegare i meccanismi di sopravvivenza collettiva dei batteri, che, a loro volta, contribuiscono a migliorare l’efficacia degli antibiotici esistenti e futuri. I risultati sono stati pubblicati con il titolo “Contributions of intra- and extracellular antibiotic degradation to collective β-lactam survival” sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) nell’ambito delle attività del Centro di ricerca collaborativa 1310 «Predictability in Evolution».
Il progetto è nato da una scoperta fatta dal primo autore dello studio, il dott. Rotem Gross (Università di Colonia), che ha dimostrato che, sebbene le colture batteriche inizialmente muoiano quando esposte all’antibiotico, alla fine si riprendono e continuano a crescere senza ostacoli. Il team ha studiato due diversi ceppi di batteri E. coli – agenti patogeni responsabili, tra l’altro, di infezioni del tratto urinario, nonché di setticemia e infezioni nosocomiali – e la loro risposta alla somministrazione di beta-lattamici, la classe di antibiotici più utilizzata al mondo. I batteri producono l’enzima beta-lattamasi, che degrada chimicamente l’antibiotico. Non appena la sua concentrazione è scesa al di sotto di una soglia minima a seguito dell’attività enzimatica, le colture batteriche hanno iniziato a riprendersi. «Pertanto, la morte di alcuni batteri contribuisce in modo significativo alla sopravvivenza a lungo termine dell’intera popolazione, il che può essere interpretato come un esempio di comportamento collettivo altruistico», afferma Joachim Krug.
Oltre ai batteri morenti, anche quelli sopravvissuti contribuiscono a contrastare l’antibiotico. Anch’essi producono l’enzima, ma questo rimane all’interno della cellula, dove degrada l’antibiotico assorbito. I batteri morenti, invece, rilasciano l’enzima. Ciò si verifica in entrambi i ceppi di E. coli oggetto dello studio. Tuttavia, i ricercatori hanno osservato che la misura in cui la morte cellulare contribuisce alla riduzione dell’antibiotico varia notevolmente tra i due ceppi di E. coli studiati. Ciò suggerisce che i ceppi reagiranno in modo diverso anche alla somministrazione di inibitori della beta-lattamasi, poiché questi sono efficaci solo nel terreno di coltura e non possono penetrare nelle cellule intatte. Gli inibitori della beta-lattamasi sono sostanze progettate per aggirare il meccanismo di resistenza dei batteri. Un livello più elevato di morte cellulare altruistica rende quindi la popolazione più sensibile a queste sostanze, che sono già utilizzate di routine per il trattamento delle infezioni. Joachim Krug: «Siamo rimasti stupiti dalla varietà dei meccanismi di difesa che i batteri sono in grado di mobilitare anche in semplici condizioni di laboratorio». Ciò rende la previsione dell’efficacia di specifici antibiotici in condizioni fisiologiche realistiche una sfida importante, un compito che il team spera di affrontare in futuro.
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