Agenti tra bene e male

I batteriofagi, o in breve fagi, sono virus che infettano esclusivamente i batteri. Per dirottare un ospite batterico, si attaccano prima a molecole specifiche sulla sua superficie cellulare. Quindi iniettano il loro materiale genetico nella cellula batterica. Per riprogrammare il macchinario della cellula batterica e produrre nuove particelle virali, i fagi devono anche superare il sistema immunitario del batterio bersaglio.

Le porte di ingresso molecolari e il sistema immunitario differiscono a seconda del batterio. La saggezza convenzionale era quindi che la maggior parte dei fagi ha uno spettro d'ospite ristretto, cioè attacca solo una singola specie o sottospecie batterica. Da qui è nata l'idea di utilizzare questi killer batterici naturali per trattare le infezioni, soprattutto se i batteri patogeni hanno acquisito una resistenza agli antibiotici.

Tuttavia, uno studio guidato da Elena Gómez-Sanz, ricercatrice post-dottorato nel gruppo di Martin Loessner, professore di microbiologia alimentare presso l'ETH di Zurigo, mette ora in discussione la teoria dello spettro ospite ristretto dei fagi. I fagi del gruppo di batteri dello stafilococco spesso infettano diverse specie contemporaneamente. I ricercatori hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica pagina esternaComunicazioni su Nature.

I risultati dello studio potrebbero avere conseguenze dirette per la terapia con i fagi, che non è ancora ammessa in Svizzera ma viene utilizzata da tempo nell'Europa orientale. I fagi non solo uccidono i batteri, ma possono anche trasferire i geni di resistenza agli antibiotici da un batterio all'altro. Grazie alle loro prede inaspettatamente grandi, i fagi potrebbero quindi diffondere la resistenza nell'ambiente molto più di quanto si pensasse.

Molti nuovi fagi isolati dalle acque di scarico

Il meccanismo con cui i fagi possono diffondere la resistenza agli antibiotici tra i batteri è già noto. In breve: quando i virus si moltiplicano nelle cellule batteriche, non solo impacchettano il proprio materiale genetico in nuove particelle virali. In alcuni casi, introducono nelle particelle virali materiale genetico del batterio infetto, come un gene di resistenza. Se la particella virale infetta un nuovo batterio, la resistenza può essere trasferita.

Questa forma di trasferimento genico è stata particolarmente studiata negli stafilococchi. Questo gruppo di batteri, che conta oltre 50 specie, colonizza naturalmente non solo l'uomo ma anche gli animali da allevamento e si trova anche nell'acqua. Il rappresentante più noto è lo Staphylococcus aureus, una specie batterica che colonizza naturalmente il nostro naso e la nostra pelle, ma che recentemente si è sviluppata in un pericoloso agente patogeno multiresistente.

Si ritiene che i fagi abbiano svolto un ruolo cruciale nell'evoluzione del più comune e diffuso agente patogeno multiresistente. Non sorprende quindi che oltre il 90% dei fagi noti per gli stafilococchi sia riconducibile allo Staphylococcus aureus. La maggior parte di essi è stata isolata da campioni clinici.

"Tuttavia, se vogliamo valutare il ruolo dei fagi come portatori di resistenza agli antibiotici, dobbiamo considerare l'intero quadro, non solo la situazione nella medicina umana", afferma Gómez-Sanz.

Alla ricerca della più ampia gamma possibile di fagi naturali di stafilococchi, i ricercatori dell'ETH si sono recati negli impianti di trattamento delle acque reflue. Qui si riunisce un'ampia varietà di batteri e di fagi, provenienti dal microbioma umano, dagli allevamenti, dalle abitazioni e dall'industria. Per il loro studio, i ricercatori hanno isolato un totale di 94 fagi dalle acque di scarico.

I virus creano un'enorme rete per il trasferimento dei geni

In esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno determinato il modello di preda naturale dei fagi isolati. A tal fine, hanno rilasciato i fagi su vari batteri potenziali ospiti e hanno analizzato i loro modelli di infezione. I 117 ceppi batterici analizzati comprendevano rappresentanti di 29 diverse specie di Staphylococcus, batteri provenienti da tutti gli habitat, con e senza resistenza agli antibiotici.

La salute umana è strettamente legata alla salute degli animali e dell'ambiente", afferma Gómez-Sanz. Le nuove scoperte sulla rete di fagi naturali individuali dimostrano che la resistenza agli antibiotici dei batteri del microbioma animale potrebbe essere trasmessa direttamente ai patogeni umani attraverso i fagi. Ciò sottolinea l'importanza del moderno "approccio sanitario unico" nell'uso degli antibiotici.

Non è chiaro quanto spesso i fagi trasmettano la resistenza

La frequenza con cui i fagi trasferiscono effettivamente la resistenza agli antibiotici in natura è stata finora difficile da stimare con esperimenti di laboratorio. Il presente studio, tuttavia, fa un'ipotesi su quali dei fagi analizzati siano portatori particolarmente potenti.

I ricercatori dell'ETH hanno analizzato la frequenza con cui 28 dei 94 fagi assumono un gene di resistenza naturale durante la riproduzione in un batterio ospite. La frequenza di assorbimento variava da 1 su 100 a 1 su 10 milioni di particelle.

La ragione di queste grandi differenze è da ricercare nei diversi cicli di vita e negli enzimi che i virus utilizzano per confezionare il loro materiale genetico. Alcuni sono più "inclini all'errore" di altri, il che significa che hanno maggiori probabilità di impacchettare materiale genetico batterico", spiega Gómez-Sanz. Se questi fagi hanno anche un ampio spettro di ospiti, il rischio di trasmissione è ancora maggiore.

I risultati dello studio sono a favore dell'uso terapeutico dei fagi, come sottolineano gli autori. Un aspetto positivo è la consapevolezza che i fagi possono avere un ampio spettro di ospiti. Questo facilita il loro utilizzo contro una varietà di batteri patogeni.

Tuttavia, quando si utilizzano i fagi in medicina bisogna fare attenzione che non agiscano anche come portatori di resistenza agli antibiotici. ? quindi importante che i fagi utilizzati in medicina abbiano un meccanismo di riproduzione che funzioni il più possibile senza errori.

Questo lavoro di ricerca è stato sostenuto finanziariamente dal Programma nazionale di ricerca "Resistenza antimicrobica" (pagina esternaPFN 72).