Marco Martinelli, Divulgatore Scientifico e PhD, student presso Scuola Superiore Sant’Anna.
Purtroppo non stiamo parlando di super eroi, non ci troviamo davanti agli Avengers, quando ci occupiamo di super batteri ci riferiamo a dei super “villains”, i super cattivi, una banda feroce e organizzata che riesce a resistere alla maggior parte (se non tutte) le terapie che abbiamo.
Ma prima facciamo un passo indietro, com’è fatto un batterio e che fa?
I batteri, fanno parte del dominio tassonomico dei procarioti, sono cellule che hanno vita autonoma e si dividono in tantissime tipologie e vivono negli habitat più disparati, caratterizzate dall’avere il materiale genetico (DNA) libero nel citosol cellulare e quindi non circondato da una membrana (nucleo).
Alcuni trascorrono la loro vita nelle profondità marine ad alte pressioni e temperature, altri preferiscono ambienti più calmi e confortevoli come la superficie di una foglia o l’intestino degli esseri umani.
Alcuni li definiamo cattivi perché per vivere uccidono l’essere che colonizzano, altri invece li definiamo buoni perchè instaurano un rapporto di mutuo scambio con l’organismo che invadono come avviene con i batteri azoto fissatori nelle piante (solitamente leguminose) o con la flora batterica del nostro intestino.
Quando i batteri “cattivi” iniziano un’invasione contro il nostro organismo, le difese immunitarie cominciano una battaglia, ma se i batteri sono troppi e troppo forti all’uomo non resta che usare gli antibiotici.
La prima molecola antibiotica venne isolata da un fungo, i funghi sono noti predatori di batteri, e per ucciderli usano armi chimiche potentissime. Ad esempio il fungo Penicillum notatum produce le penicilline e le usa a suo vantaggio.
Gli antibiotici uccidono i batteri interferendo con le loro funzionalità primarie come la costruzione della loro parete cellulare (penicilline) o la trascrizione proteica (macrolidi).
Ma è qui che si inseriscono due ordini di problemi: la selezione naturale e la comunicazione tra batteri.
Una popolazione di batteri è fatta da organismi simili ma non da cloni, non sono tutti uguali, quando usiamo l’antibiotico, applichiamo una forte pressione selettiva: molti batteri muoiono ma alcuni possono sopravvivere. I sopravvissuti non sono stati fortunati, avevano gli strumenti per difendersi dall’antibiotico, e avere gli strumenti significa avere nel DNA una sequenza di informazioni (un gene) che consente loro di distruggerlo. Il gene di cui parliamo viene definito in modo generico come gene per la resistenza.
Ed è qui che entra in gioco la comunicazione. Come tutti gli organismi viventi, anche tra i batteri si parlano: non si trovano al bar o a cena per discutere di politica o di quale cantante tiferanno a San Remo ma si scambiano informazioni per resistere meglio all’ambiente in cui vivono.
Come fanno? Scambiando DNA.
In natura tutti i sistemi viventi e non viventi, tipo i virus che i biologi considerano una sorta di zombie, trovano tutte le informazioni per vivere all’interno del DNA, l’acido desossiribonucleico.
Immaginatelo come un libro in cui è scritto come fare la membrana cellulare, come costruire proteine e come reagire all’invasione di un organismo nemico.
Nelle nostre cellule e in tutti gli organismi superiori il DNA è raccolto principalmente nel nucleo (troviamo un po’ di DNA nel mitocondrio). Nei procarioti, come anticipato all’inizio dell’articolo il DNA è libero, ma non solo, ci sono delle sequenze di DNA circolare più piccole che girano libere e che servono a raccogliere informazioni utili alla riproduzione e metabolismo dei batteri stessi.
I sopracitati geni per la resistenza possono trovarsi proprio in questi plasmidi.
Le lettere che si scambiano i batteri sono a base di plasmidi e passano da uno all’altro attraverso delle estrusioni citoplasmatiche proteiche dette pili.
I pili sembrano proprio dei peli che connettono un batterio ad un altro in modo tale che il batterio resistente a un determinato antibiotico possa passare questa capacità al compagno.
Il risultato di uso di antibiotici, selezione naturale e comunicazione batterica ha generato specie di batteri che a furia di accumulare plasmidi per la resistenza attualmente sono immuni ad ogni tipo di terapia antibiotica.
In Europa, i super batteri appartengono principalmente a queste specie: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium, Streptococcus pneumoniae, and Acinetobacter baumannii e se l’utilizzo di antibiotici in zootecnia o a uso umano non sarà maggiormente controllato ne incontreremo molti altri.
Si stima che entro il 2050 saranno oltre 10 milioni le persone che ogni anno moriranno a causa di batteri antibioticoresistenti, quindi che fare?
Le biotecnologie e la natura ci possono venire in soccorso. Oltre ai funghi, esistono altri antichi naturali predatori dei batteri, organismi che vivono a metà tra la vita e la morte: i virus, in particolare i batteriofagi.
Questa tipologia di virus si è specializzata con l’evoluzione nell’invadere e distruggere i batteri e gli scienziati hanno imparato a manipolarli geneticamente per scatenarli contro i batteri antibiotico resistenti. Possiamo definirli come la nostra “ultimate weapon”.
Arrivati a questo punto è giusto chiedersi se questi batteriofagi, essendo virus, possano a loro volta generare un’infezione nel paziente o se il sistema immunitario non li uccida impedendone l’uso terapeutico, domande lecite con risposte dimostrate in vari studi:
- I batteriofagi scelti non sono in grado di generare un’infezione nell’uomo;
- Il sistema immunitario può uccidere questi virus, ma per motivi ancora poco chiari, in realtà è fondamentale per eliminare i batteri batteriofago resistenti. Sostanzialmente il sistema immunitario mantiene in vita i batteriofagi che sono in grado di aiutarlo nella lotta al nemico comune ed uccide i batteri che, sempre per selezione naturale, divengono batteriofago resistenti.
La scienza ci conferma quanto sia importante stringere alleanze: piante che grazie ai batteri divengono più resistenti al cambiamento climatico, batteri che vivendo in simbiosi con l’uomo per modulano il metabolismo e la risposta immunitaria e infine virus, che opportunamente manipolati da abili biotecnologi, possono essere utilizzati per la terapia genica o la lotta ai super batteri.
Bibliografia:
Baptiste Gaborieau and Laurent Debarbieux. The role of the animal host in the management of bacteriophage resistance during phage therapy. Current Opinion in Virology 2023, 58:101290.
European Antimicrobial Resistance Collaborators. The burden of bacterial antimicrobial resistance in the WHO European region in 2019: a cross-country systematic analysis. The Lancet. Vol 7 November 2022.