Perché alcuni batteri sopravvivono agli antibiotici e come fermarli

Un nuovo studio rivela che i batteri possono sopravvivere al trattamento antibiotico attraverso due modalità di “spegnimento” fondamentalmente diverse.

 

 

Un nuovo studio rivela che i batteri possono sopravvivere al trattamento antibiotico attraverso due modalità di “spegnimento” fondamentalmente diverse, non solo l’idea classica di dormienza.

I ricercatori dimostrano che alcune cellule entrano in un arresto di crescita regolato e protettivo, uno stato latente controllato che le protegge dagli antibiotici, mentre altre sopravvivono in un arresto di crescita interrotto e disregolato, uno stato malfunzionante caratterizzato da vulnerabilità, in particolare da una stabilità cellulare compromessa.

Questa distinzione è importante perché la persistenza degli antibiotici è una delle principali cause di fallimento del trattamento e di infezioni recidivanti anche quando i batteri non sono geneticamente resistenti, ed è rimasta scientificamente confusa per anni, con studi che riportano risultati contrastanti.

Dimostrando che la persistenza può derivare da due stati biologici distinti, il lavoro aiuta a spiegare queste contraddizioni e offre una via pratica da seguire: diversi tipi di persistenti possono richiedere strategie terapeutiche differenti, rendendo possibile progettare terapie più efficaci che prevengano il ritorno delle infezioni.

Gli antibiotici dovrebbero eliminare i batteri dannosi. Eppure, in molte infezioni ostinate, un piccolo numero di cellule batteriche riesce a sopravvivere, per poi riemergere più tardi e causare ricadute.

Questo fenomeno, noto come persistenza antibiotica, è una delle principali cause del fallimento del trattamento e una delle ragioni per cui le infezioni possono essere così difficili da curare completamente.

Per anni, la persistenza è stata in gran parte attribuita ai batteri che si fermano e restano dormienti, entrando essenzialmente in un tipo di sonno che li protegge dagli antibiotici progettati per colpire la crescita attiva.

Ma una nuova ricerca guidata dalla dottoranda Adi Rotem, sotto la guida della professoressa Nathalie Balaban dell’Università Ebraica, rivela che questa spiegazione racconta solo una parte della storia.

Lo studio dimostra che un’elevata sopravvivenza sotto antibiotici può derivare da due stati fondamentalmente diversi di arresto della crescita, e non sono semplicemente variazioni dello stesso comportamento “sonno”.

Uno è uno spegnimento controllato e regolamentato, il classico modello di dormienza.

L’altra è qualcosa di completamente diverso: un arresto interrotto e disregolato, in cui i batteri sopravvivono non grazie a una calma protettiva ma entrando in uno stato malfunzionante con vulnerabilità distinte.

“Abbiamo scoperto che i batteri possono sopravvivere agli antibiotici seguendo due percorsi molto diversi”, ha detto il Prof. Balaban. “Riconoscere la differenza aiuta a risolvere anni di risultati contrastanti e indica strategie di trattamento più efficaci.”

 

Due “modalità di sopravvivenza” e perché sono importanti

I ricercatori hanno identificato due archetipi di arresto della crescita che possono entrambi portare alla persistenza, ma per ragioni molto diverse:

1) Arresto della crescita regolamentato: uno stato dormiente protetto

In questa modalità, i batteri rallentano intenzionalmente ed entrano in una condizione stabile e difesa. Queste cellule sono più difficili da uccidere perché molti antibiotici si affidano alla crescita batterica per essere efficaci.

2) Arresto della crescita interrotta: sopravvivenza attraverso la rottura

Nel secondo modo, i batteri entrano in uno stato disregolato e interrotto. Non si tratta di uno spegnimento pianificato, ma di una perdita del normale controllo cellulare. Questi batteri mostrano un ampio deterioramento dell’omeostasi della membrana, una funzione fondamentale necessaria per mantenere l’integrità della cellula.

Quella debolezza potrebbe diventare un obiettivo chiave per il trattamento.

Un quadro che potrebbe trasformare le strategie antibiotiche

La persistenza degli antibiotici gioca un ruolo nelle infezioni ricorrenti in una vasta gamma di contesti, dalle infezioni croniche delle vie urinarie alle infezioni legate agli impianti medici.

Eppure, nonostante ricerche intense, gli scienziati hanno faticato a trovare un unico meccanismo che spieghi perché le cellule persistenti sopravvivono.

Diversi esperimenti hanno prodotto risultati contrastanti su come appaiono i persistenti e su come si comportano.

Questo studio offre una spiegazione: i ricercatori potrebbero aver osservato diversi tipi di batteri bloccati dalla crescita senza riconoscerli distinti.

Separando la persistenza in due stati fisiologici differenti, i risultati suggeriscono un futuro in cui i trattamenti potrebbero essere personalizzati, mirando in un modo ai persistenti dormienti e agli persistenti interrotti in un altro.

Come i ricercatori hanno visto ciò che altri hanno trascurato

Il team ha combinato la modellizzazione matematica con diversi strumenti sperimentali ad alta risoluzione, tra cui:

• Trascrivomica, per misurare come l’espressione genica batterica si sposta sotto stress
• Microcalorimetria, per monitorare i cambiamenti metabolici attraverso piccoli segnali di calore
• Microfluidica, che permette agli scienziati di osservare singole cellule batteriche in condizioni controllate

Insieme, questi approcci hanno rivelato chiare firme biologiche che distinguono l’arresto di crescita regolato dall’arresto della crescita interrotto, insieme alle vulnerabilità specifiche dello stato interrotto.