Un virus che uccide i dormienti

In natura, la maggior parte dei batteri vive in disparte. In caso di mancanza di sostanze nutritive o di stress, chiudono il loro metabolismo in modo controllato e Chi siamo entra in uno stato di quiescenza. In questa modalità di stand-by, si svolgono ancora alcuni processi metabolici che consentono ai microbi di percepire l'ambiente e reagire agli stimoli, ma la crescita e la divisione sono sospese.

Questo protegge i batteri dagli antibiotici, ad esempio, o dai virus che attaccano e uccidono solo i batteri. Questi virus che infettano i batteri, noti come fagi, sono considerati una possibile alternativa agli antibiotici che non sono più (sufficientemente) efficaci a causa della resistenza. Finora si riteneva che i fagi infettassero con successo i batteri solo quando questi erano in fase di crescita.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo si sono chiesti se esistano batteriofagi che nel corso dell'evoluzione si siano specializzati nei batteri in stato dormiente e che possano essere utilizzati specificamente contro di essi. Hanno iniziato la loro ricerca nel 2018. Ora, in una nuova pubblicazione sulla rivista Nature Communications, dimostrano che tali fagi esistono davvero, anche se sono rari.

Un reperto in un campione di compost

Quando l'ETH Alexander Harms e i suoi collaboratori hanno iniziato il progetto presso il Biozentrum dell'Università di Basilea nel 2018, pensavano che nel primo anno sarebbero stati in grado di isolare circa 20 fagi diversi che attaccano i batteri dormienti. Tuttavia, non è stato così. Solo nel 2019 il dottorando di Harms, Enea Maffei, ha isolato da materiale vegetale in decomposizione proveniente da un cimitero vicino a Riehen (BS) un nuovo virus, precedentemente sconosciuto, in grado di attaccare e distruggere i batteri dormienti. "Questo è il primo fago descritto in letteratura che ha dimostrato di attaccare i batteri dormienti", afferma Maffei. "Alla luce dell'enorme numero di batteriofagi, sono sempre stato convinto che l'evoluzione debba aver prodotto anche fagi in grado di attaccare i batteri dormienti", aggiunge Harms. Hanno sviluppato il loro nuovo fago come Paride etichettato.

Attivo contro i batteri più diffusi

Il virus trovato infetta lo Pseudomonas aeruginosa, un batterio molto diffuso nell'ambiente. Vari ceppi colonizzano l'acqua, le piante, il suolo o l'uomo. Nell'organismo, alcuni ceppi possono causare gravi malattie respiratorie come la polmonite, che può essere fatale.

Tuttavia, i ricercatori non hanno ancora capito come il nuovo fago colga di sorpresa i germi dormienti di P. aeruginosa. Essi sospettano che il virus utilizzi una chiave molecolare specifica per risvegliare i batteri e poi utilizzare il meccanismo di moltiplicazione della cellula dirottata per la propria riproduzione. Tuttavia, i ricercatori dell'ETH non sono ancora riusciti a chiarire esattamente come funziona.

Gli scienziati del fago vorrebbero quindi chiarire i geni o le molecole alla base del meccanismo di risveglio. Su questa base, potrebbero sviluppare in provetta sostanze che subentrano nel processo di risveglio. Tale sostanza potrebbe poi essere combinata con un antibiotico adatto, che da solo non elimina completamente i batteri. "Ma siamo solo all'inizio e sappiamo soprattutto una cosa: che non sappiamo quasi nulla", afferma Harms.

I primi test mostrano l'effetto

Per dimostrare l'efficacia dei Paride-Per testare un virus che uccide i dormienti, i ricercatori lo hanno combinato con l'antibiotico meropenem. Questo interferisce con la sintesi della parete cellulare e quindi interviene solo nei processi cellulari che non danneggiano i fagi. Questo antibiotico non ha alcun effetto sui batteri dormienti, poiché non sintetizzano una nuova parete cellulare.

Nei test su piatti di coltura, il virus è stato in grado di uccidere il 99% di tutti i batteri dormienti, lasciandone intatto l'1%. Solo la combinazione di Paride-Il fago e il meropenem hanno completamente eliminato la coltura batterica, anche se quest'ultimo da solo non ha avuto alcun effetto riconoscibile.

In un ulteriore esperimento condotto insieme a Nina Khanna, medico dell'Ospedale Universitario di Basilea, Maffei ha infine testato questa combinazione su topi con un'infezione cronica. Il fago o l'antibiotico da soli non hanno funzionato particolarmente bene nei topi. Tuttavia, l'interazione tra fago e antibiotico si è rivelata estremamente efficace anche nell'organismo vivente. "Questo dimostra che la nostra scoperta non è solo un artefatto di laboratorio, ma potrebbe essere rilevante anche dal punto di vista clinico", spiega il ricercatore.

Un barlume di speranza per sempre?

Le terapie con i fagi sono state oggetto di un intenso dibattito tra gli esperti per diversi anni. Ricercatori e medici sperano di poter sostituire un giorno gli antibiotici divenuti inefficaci con i fagi. Tuttavia, non esistono ancora applicazioni diffuse. Il motivo è che non sono ancora stati condotti studi completi. "Finora ci sono quasi solo studi di casi singoli", dice Harms.

Gli studi condotti dai ricercatori del Queen Astrid Hospital di Bruxelles hanno dimostrato che la condizione è migliorata in tre quarti dei pazienti e che i batteri sono stati eliminati nel 61% di quelli trattati. Tuttavia, questo significa anche che in quattro pazienti su dieci non è stato possibile eliminare i germi con le terapie fagiche, anche se i batteri in questione erano sensibili ai fagi in laboratorio. "Questo potrebbe forse essere dovuto al fatto che molti batteri presenti nell'organismo sono dormienti, soprattutto nel caso di infezioni croniche, e quindi non possono essere decifrati dai fagi", afferma Harms. I batteri dormienti potrebbero anche svolgere un ruolo importante nelle infezioni con ceppi non resistenti.

"Nel caso di infezioni, sarebbe quindi importante conoscere lo stato fisiologico dei batteri in questione. A quel punto si potrebbero usare i fagi giusti, combinati con gli antibiotici, in modo mirato. Tuttavia, è necessario sapere esattamente come un fago attacca un batterio per poter selezionare i fagi giusti per un determinato trattamento. Finora non è stato possibile, perché Chi siamo conosce ancora troppo poco i fagi", spiega Harms.

Nei prossimi anni, quindi, i ricercatori indagheranno su come il nuovo fago faccia uscire i batteri dal sonno profondo, li infetti e li renda sensibili agli antibiotici. Questo lavoro è finanziato da una sovvenzione di avviamento del FNS ad Alexander Harms e dal NCCR AntiResist.