Per la prima volta tracciato meccanismo di farmaco- resistenza nei batteri. Speranza per nuovi farmaci antibiotici

Batteri resistenti al microscopio elettronico

Gli scienziati hanno scoperto una nuova strategia attraverso cui i batteri resistenti agli antibiotici cambiano la loro informazione genetica per sfuggire agli antibiotici.

Per la prima volta, infatti, si è riusciti a dipingere un quadro dettagliato di come un particolare ceppo di batteri si è evoluto fino a diventare resistente agli antibiotici. La ricerca è un passo fondamentale verso la progettazione di farmaci in grado di prevenire le infezioni da parte di superbatteri  farmaco-resistenti evoluti da poco, che spesso si trovano negli ospedali, ma anche tra la popolazione.

Un articolo che descrive la ricerca, condotta da un team guidato da Squire Booker, professore associato presso il Dipartimento di Chimica e il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare della Penn State University, è stato pubblicato dalla rivista Science il 28 aprile. Questo studio è una continuazione della ricerca condotta da Booker e pubblicata in un altro documento su Science all’inizio di questo mese.

La squadra ha iniziato a studiare una proteina prodotta da una recente evoluzione di un “superbug”. Booker ha spiegato che, molti anni fa, studi genetici hanno rivelato che lo Staphylococcus sciuri – un patogeno batterico non-umano – aveva sviluppato un nuovo gene chiamato cfr. Si è scoperto che la proteina creata da questo gene svolgeva un ruolo chiave in uno dei meccanismi del batterio per la resistenza agli antibiotici. Più tardi, gli scienziati hanno scoperto che lo stesso gene era passato in un ceppo di Staphylococcus aureus – una specie molto comune di batteri che costituisce parte della flora che vive nel naso umano e sulla pelle, e che ora è la causa di varie infezioni antibiotico-resistenti.

Poiché questo gene spesso si trova all’interno di un elemento del DNA cellulare, si può spostare facilmente da un agente patogeno non umano ad altre specie di batteri che infettano gli esseri umani. “Il gene, che è stato trovato nello Staphylococcus aureus isolato negli Stati Uniti, Messico, Brasile, Spagna, Italia e Irlanda, rende i batteri resistenti a sette classi di antibiotici”, ha spiegato Booker. “Chiaramente, i batteri con questo gene hanno un vantaggio evolutivo, tuttavia, fino ad ora, il dettagliato processo mediante il quale la proteina codificata da tale gene ha alterato la struttura genetica dei batteri non era chiaro, cioè, non avevamo una chiara foto tridimensionale di quello che stava succedendo a livello molecolare.”

Per risolvere il mistero di come i batteri avessero superato “in astuzia” così tanti antibiotici, Booker e il suo team ha analizzato come la proteina Cfr assolve ad un compito chiamato metilazione – un processo mediante il quale gli enzimi aggiungono un piccolo elemento molecolare in una posizione particolare su un nucleotide – un molecola che rappresenta l’unità strutturale di RNA e DNA. Quando questo “tag molecolare” è aggiunto da una proteina chiamata RlmN, facilita il buon funzionamento del ribosoma batterico – una gigantesca macchina macromolecolare che ha la responsabilità di sintetizzare proteine ​​di cui i batteri necessitano per sopravvivere. Molte classi di antibiotici si legano al ribosoma, interrompendo la sua funzione e, quindi, uccidendo i batteri.

La proteina Cfr assolve una funzione identica alla proteina RlmN, ma aggiunge l’etichetta molecolare in una posizione diversa sul nucleotide stesso. L’aggiunta di questi blocchi disattivano la funzione degli antibiotici sul ribosoma senza interrompere la sua funzione. “Ciò che rendeva perplessi gli scienziati era che le posizioni a cui RlmN e Cfr  aggiungono i tag molecolari sono chimicamente differenti da tutti gli altri ai quali vengono aggiunti i tag normalmente, e devono essere resistenti alla modifica apportata con metodi chimici standard,” ha detto Booker. “Ciò che abbiamo scoperto qui è molto eccitante perché rappresenta un meccanismo chimico veramente nuovo per la metilazione. Ora abbiamo un quadro chimico molto chiaro di un meccanismo molto intelligente per la resistenza agli antibiotici che alcuni batteri si sono evoluti”.

Booker anche detto che crede che il prossimo passo sarà quello di utilizzare queste informazioni per progettare nuovi composti che potrebbero funzionare in combinazione con gli antibiotici tipici. “Poiché  ora conosciamo il meccanismo specifico attraverso il quale le cellule batteriche eludono diverse classi di antibiotici, possiamo iniziare a pensare a come interrompere il processo in modo che gli antibiotici standard possano fare il loro lavoro,” ha detto.