Saccarina-Immagine credit public domain.
Un tempo considerata solo un sostituto dello zucchero, la saccarina mostra oggi un potente potenziale antimicrobico: distrugge i biofilm, innesca la lisi batterica e persino riattiva gli antibiotici contro i superbatteri resistenti.
Uno studio recente pubblicato sulla rivista EMBO Molecular Medicine ha dimostrato che la saccarina altera la stabilità dell’involucro cellulare e interferisce con la replicazione del DNA nei batteri.
L’aumento globale dell’obesità ha progressivamente aumentato l’assunzione di dolcificanti artificiali non calorici. La saccarina è il leader di mercato tra i dolcificanti artificiali grazie al suo potere dolcificante. È circa da 300 a 700 volte più dolce del saccarosio e ha un contributo calorico netto pari a zero alla dieta. L’impatto dei dolcificanti artificiali sul microbioma dell’ospite è un’area di ricerca emergente.
In alcuni studi si segnala che i dolcificanti artificiali scatenano risposte infiammatorie, sebbene esistano prove contrastanti, mentre altri suggeriscono effetti antinfiammatori in determinate condizioni. Inoltre, ci sono sempre più prove che la saccarina inibisce i membri del microbioma orale (ad esempio, Porphyromonas gingivalis ), i batteri modello di laboratorio e persino i batteri multifarmaco-resistenti (MDR) (ad esempio, Pseudomonas aeruginosa ). Nonostante le prove, i meccanismi sottostanti rimangono sconosciuti.
Lo studio e i risultati
Nello studio attuale, i ricercatori hanno dimostrato che la saccarina potrebbe causare la lisi cellulare e alterare le dinamiche di replicazione del DNA nei batteri. In primo luogo, hanno osservato Escherichia coli trattato con saccarina all’1,4% utilizzando la microscopia time-lapse e hanno notato una morfologia aberrante delle cellule, tra cui filamenti e rigonfiamenti nella regione centrale. Man mano che il trattamento continuava, i rigonfiamenti della membrana crescevano, portando infine alla lisi cellulare.
Successivamente, il team ha visualizzato la distribuzione della cardiolipina utilizzando un colorante fluorescente specifico per la cardiolipina. Ciò ha rivelato chiari riarrangiamenti strutturali nella membrana cellulare, in linea con i resoconti secondo cui la saccarina altera la permeabilità e l’integrità della membrana. La cardiolipina (difosfatidilglicerolo) è un fosfolipide della famiglia dei glicerofosfolipidi che rappresenta il 20% circa delle molecole della membrana interna mitocondriale. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato il sequenziamento differenziale dell’RNA per confrontare le cellule esposte alla saccarina con i controlli fittizi. Questa analisi ha rivelato 724 geni regolati in modo differenziale, con 305 geni sovraregolati e 419 sottoregolati.
Porin della membrana esterna F (OmpF) era il gene più downregolato, mentre i percorsi biosintetici del peptidoglicano e del lipopolisaccaride dell’antigene O erano upregolati. È interessante notare che i percorsi di resistenza al β-lattamico erano upregolati. Inoltre, i percorsi più upregolati includevano la replicazione del DNA e la riparazione dei mismatch. Successivamente, il team ha esplorato l’impatto dell’esposizione alla saccarina sulla sintesi del DNA.
I controlli simulati hanno mostrato i due-quattro foci di origine della replicazione (ori) attesi, con i foci di terminazione ( ter ) in ritardo di un passo. Al contrario, il trattamento con saccarina ha amplificato il numero di foci ori (8-16) e ter (4-8). Ciò ha suggerito che la saccarina non ha un impatto significativo sulla replicazione cromosomica avviata da ori, ma porta all’accumulo di più cromosomi replicanti.
I ricercatori hanno studiato se la saccarina influenzi l’inizio della sintesi del DNA in altri siti. A tal fine, gli effetti della saccarina sono stati studiati in un ceppo di E. coli che ospita un reporter fluorescente, DnaN, che consente la visualizzazione di regioni di replicazione attive. Ciò ha rivelato che i foci di DnaN erano significativamente aumentati nelle cellule trattate con saccarina rispetto ai controlli fittizi. Ulteriori esperimenti che utilizzavano mutanti privi di proteine di riavvio della replicazione PriB/PriC hanno suggerito che la saccarina induce la sintesi del DNA attraverso percorsi associati alla riparazione piuttosto che la replicazione canonica.
Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato questo reporter in un ceppo con una proteina di inizio della replicazione termosensibile, in cui l’attivazione dell’origine cessa a una temperatura restrittiva di 42 °C. I foci di DnaN erano bassi o nulli nei controlli fittizi alla temperatura restrittiva. Tuttavia, nelle cellule trattate con saccarina, i foci di DnaN aumentavano alla temperatura restrittiva, in linea con l’idea che la saccarina possa indurre direttamente o indirettamente la sintesi del DNA lontano dall’ori . È stato dimostrato che questo effetto è dose-dipendente e specifico della saccarina, poiché altri dolcificanti come l’acesulfame-K non hanno suscitato gli stessi fenotipi di replicazione.
Successivamente, i ricercatori hanno testato gli effetti antimicrobici della saccarina a varie concentrazioni su isolati clinici di patogeni multifarmaco-resistenti (MDR), tra cui E. coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii e P. aeruginosa. Hanno scoperto che la saccarina poteva inibire tutti i ceppi testati, sebbene con diversi livelli di inibizione relativa tra i patogeni.
A. baumannii , K. pneumoniae , E. coli e S. aureus hanno avuto un’inibizione della crescita superiore al 70% al 2% di saccarina, mentre P. aeruginosa ha richiesto il 6% di saccarina per livelli simili di inibizione. Successivamente, è stata studiata la capacità della saccarina di inibire la formazione di biofilm in P. aeruginosa e A. baumannii . Il team ha scoperto che il 2% di saccarina potrebbe inibire la formazione di biofilm di oltre il 91% per entrambi i patogeni. Inoltre, la saccarina può interrompere i biofilm preformati e maturi.
La saccarina è stata in grado di inibire e interrompere i biofilm delle comunità polimicrobiche composte da P. aeruginosa , A. baumannii e S. aureus in un rapporto 1:1:1. Infine, i ricercatori hanno esplorato il potenziale terapeutico della saccarina. A tal fine, hanno formulato la saccarina come idrogel e l’hanno applicata a una ferita da ustione ex vivo su pelle suina. Un’applicazione di un’ora di un idrogel di saccarina al 6% ha ridotto sostanzialmente i batteri all’interno della ferita rispetto a un idrogel di controllo e ha persino superato una medicazione commerciale di alginato d’argento nella riduzione del carico batterico.
Conclusioni
Il trattamento con saccarina ha causato una perdita di morfologia cellulare e filamentazione in E. coli . Le cellule batteriche si filamentano e alla fine si lisano dopo il trattamento con saccarina a causa del rigonfiamento della membrana. La saccarina ha anche mostrato potenti effetti antimicrobici, inibendo la crescita di diversi patogeni multifarmaco-resistenti (MDR) e la formazione di biofilm. Interrompendo l’involucro cellulare, è stato dimostrato che la saccarina risensibilizza A. baumannii resistente ai carbapenemi ad antibiotici come il meropenem. Inoltre, può interrompere biofilm preformati di singole specie o comunità polimicrobiche.
Sinossi
In sintesi, lo studio ha svelato il potenziale terapeutico della saccarina. Il dolcificante artificiale può superare le limitazioni classiche di vari antibiotici di prima linea, come l’incapacità di integrarsi in idrogel, trattare biofilm preformati o penetrare l’involucro cellulare dei patogeni MDR tramite destabilizzazione della membrana. Nel complesso, lo sviluppo di antimicrobici non classici sarà fondamentale per controllare e trattare i patogeni MDR in futuro.
Fonte: EMBO Molecular Medicine