Antibiotico resistenza-Immagine:studenti NSU Gabriela Diaz Tang (L), Estefania Marin Meneses (R)Credit: Nova Southeastern University-
L’antibiotico resistenza rappresenta una delle maggiori minacce per la salute pubblica globale. Nel 2019, i decessi dovuti a batteri resistenti agli antibiotici hanno superato i decessi dovuti a HIV e malaria. Data la mancanza di innovazione nella scoperta di nuovi antibiotici, è fondamentale determinare i meccanismi attraverso i quali i batteri tollerano gli antibiotici esistenti in modo da poterne migliorare l’efficacia.
Un modo in cui i batteri possono tollerare gli antibiotici è attraverso l’effetto inoculo. In sostanza, maggiore è la densità dei batteri in un’infezione, più antibiotico è necessario per trattare l’infezione. Mentre l’effetto inoculo è stato osservato per quasi tutti gli antibiotici conosciuti ed è stato documentato dagli anni ’60, non è stato trovato un meccanismo comune per spiegare l’effetto inoculo per più antibiotici.
Gli scienziati hanno recentemente scoperto che le interazioni tra la velocità di crescita dei batteri e la quantità di energia (o metabolismo) dei batteri possono spiegare l’effetto dell’inoculo per più antibiotici e specie di batteri. Questa nuova ricerca mostra anche che fornire diversi nutrienti ai batteri che cambiano il tasso di crescita e i livelli di energia può eliminare l’effetto dell’inoculo.
Spiegano gli autori:
“Gli antibiotici sono stati vittime del loro stesso successo poiché l’emergere di batteri resistenti agli antibiotici minaccia la salute pubblica globale. Ciò non solo ha portato a un aumento della mortalità, ma ha anche portato a un aumento dei costi sanitari. A confondere ulteriormente il problema è il ritmo lento con cui vengono sviluppati approcci antibiotici e non antibiotici precedentemente non identificati per il trattamento delle infezioni. Di conseguenza, è necessario comprendere i meccanismi mediante i quali i batteri resistono agli antibiotici esistenti per prolungare la loro durata di conservazione funzionale. La maggior parte della ricerca verso la comprensione della resistenza agli antibiotici si è concentrata sul comportamento del singolo batterio. Tuttavia, vi è una crescente consapevolezza che le dinamiche della popolazione batterica possono conferire resistenza. Queste includono la diffusione di plasmidi coniugativi che conferiscono resistenza agli antibiotici, la morte altruistica mediata dagli antibiotici e l’inattivazione degli antibiotici attraverso la degradazione collettiva. Una comprensione generale di come le popolazioni batteriche resistono agli antibiotici influisce sull’evoluzione della resistenza stessa, su come i meccanismi di resistenza modellano l’ecologia microbica in contesti non clinici e nel trattamento delle malattie infettive. Comprendere i meccanismi attraverso i quali le popolazioni di batteri resistono agli antibiotici ha implicazioni nell’evoluzione, nell’ecologia microbica e nella salute pubblica. L’effetto inoculo (IE), in cui l’efficacia degli antibiotici diminuisce all’aumentare della densità di una popolazione batterica, è stato osservato per più specie batteriche e antibiotici. Sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare l’IE, ma la maggior parte manca di prove sperimentali o non può spiegare l’IE per più antibiotici. Dimostriamo che la produttività della crescita, l‘effetto combinato di crescita e metabolismo, può spiegare l’IE per più antibiotici battericidi e specie batteriche. Guidati dall’analisi del bilancio di flusso e dalla modellazione dell’intero genoma, dimostriamo che la fonte di carbonio fornita nel mezzo di crescita determina la produttività della crescita. Se la produttività della crescita è sufficientemente elevata, IE viene eliminato. La densità iniziale di una popolazione batterica determina la sua concentrazione minima inibente (MIC). Per una data concentrazione di antibiotico, una popolazione iniziata da una densità sufficientemente alta crescerà e sopravviverà. Altrimenti, a parità di concentrazione di antibiotico, se la densità iniziale della popolazione è troppo bassa, la popolazione non crescerà. L’effetto inoculo è stato osservato per quasi tutti i batteri e gli antibiotici; può verificarsi solo con piccole differenze nella densità iniziale della popolazione e può insorgere in assenza di resistenza geneticamente codificata meccanismi. La resistenza agli antibiotici dovuta all’ EI è stata segnalata in ambito clinico. L’aumento delle concentrazioni di antibiotici per combattere l’IE potrebbe non essere plausibile poiché alte concentrazioni di antibiotici possono avere conseguenze negative per la salute. Il dosaggio di infezioni ad alta densità con concentrazioni standard di antibiotici ha il potenziale per guidare ulteriori meccanismi di resistenza. È necessario sviluppare approcci per trattare le infezioni batteriche ad alta densità”.
Il documento di ricerca è stato appena pubblicato su Science Advances.
“Gli antibiotici sono stati vittime del loro stesso successo poiché l’emergere di batteri resistenti agli antibiotici minaccia la salute pubblica globale. Ciò non solo ha portato a un aumento della mortalità, ma ha anche portato a un aumento dei costi sanitari. A confondere ulteriormente il problema è il ritmo lento con cui vengono sviluppati approcci antibiotici e non antibiotici precedentemente non identificati per il trattamento delle infezioni. Di conseguenza, è necessario comprendere i meccanismi mediante i quali i batteri resistono agli antibiotici esistenti per prolungare la loro durata di conservazione funzionale. La maggior parte della ricerca verso la comprensione della resistenza agli antibiotici si è concentrata sul comportamento del singolo batterio. Tuttavia, vi è una crescente consapevolezza che le dinamiche della popolazione batterica possono conferire resistenza. Queste includono la diffusione di plasmidi coniugativi che conferiscono resistenza agli antibiotici, la morte altruistica mediata dagli antibiotici e l’inattivazione degli antibiotici attraverso la degradazione collettiva. Una comprensione generale di come le popolazioni batteriche resistono agli antibiotici influisce sull’evoluzione della resistenza stessa, su come i meccanismi di resistenza modellano l’ecologia microbica in contesti non clinici e nel trattamento delle malattie infettive.
Vedi anche:Il bicarbonato risolve l’antibiotico resistenza
“La nostra scoperta è il primo passo verso la scoperta di nuovi antibiotici che possono essere utilizzati per trattare con successo infezioni ad alta densità batterica molto impegnative e risolvere l’antibiotico resistenza”, ha affermato Robert P Smith, Ph.D., Professore associato e ricercatore, Cell Therapy Institute presso la Nova Southeastern University ( NSU) Dr. Kiran Patel College of Allopathic Medicine (NSU MD). “Speriamo che il nostro lavoro alla fine salverà vite mentre affrontiamo la crescente minaccia di batteri resistenti agli antibiotici”
Questa ricerca ha il potenziale per ridurre la quantità di antibiotici utilizzati in clinica e può aprire la strada alla scoperta di nuovi antibiotici che modificano il tasso di crescita e i livelli di energia nei batteri.
Smith ha affermato che la NSU era responsabile di garantire i finanziamenti per la ricerca, sponsorizzata dalla NSU e dal NIH/NIAID, e che tutti gli esperimenti si sono svolti nei laboratori della NSU. La ricerca è stata condotta da Gabriela Diaz Tang e Estefania Marin Meneses, entrambe laureate presso la NSU. Il lavoro ha coinvolto anche Christopher Blanar, Ph.D., della NSU, il Dr. Allison J. Lopatkin del Barnard College della Columbia University e diversi studenti laureati e universitari della NSU.
Fonte: Science
