Resistenza agli antibiotici: nella guerra con i batteri evolutisi per selezione naturale nel mare di molecole battericide che da anni somministriamo senza criteri e senza regole contro di essi emerge ora uno spiraglio di luce che non è più riposto soltanto nella ricerca di nuovi farmaci più efficaci ma che si rivolge alla macchina molecolare interna che costruisce la barriera contro gli antibiotivi. Parliamo dell’editing genetico che può essere “contattato” per “spegnere” la resistenza agli antibiotici dei superbatteri. Una strategia che punta dunque non tanto alla messa a punto di nuove armi, contro questi piccoli nemici che dalla notte dei tempi competono con la nostra salute e in particolare con il sistema immunitario deputato a tenerli a bada, ma piuttosto a disarmare le loro barriere costruite da essi stessi per aggirare appunto l’azione battericida degli antibiotici.
Un approdo a cui sono arrivati un gruppo di ricercatori dell’Università della California che hanno utilizzato le tecniche in grado di agire sul Dna batterico attraverso le tecniche di riscrittura CRISPR.
EDITING GENETICO
L’editing genetico è progettato per diffondersi tra i microorganismi e andare a tirare il freno alla sintesi proteica dei geni codificanti per i fattori di resistenza. Una sorta di riavvolgimento del nastro che ha portato alla loro evoluzione e resistenza. Un reset che rimanda al concetto dinamico di tali resistenze basate su mutazioni causali selezionate appunto durante la loro replicazione dalla presenza dei loro nemici molecolari. Solo i ceppi resistenti sopravvivono e per questo antico meccanismo di selezione saranno loro a proseguire la progenie resistente. Il vantaggio competitivo di questi ceppi è che esiste per essi una possibilità di trasmettere l’informazione acquisita non solo durante la divisione e replicazione ma anche con un tam tam che viaggia attraverso piccole vescicole dette plasmidi che diffondono la nuova informazione acquisita, ossia piccoli elementi di Dna che possono passare da un batterio all’altro. Lo studio agisce intercettando questo traffico sostituendo l’informazione con un’altra che disattiva la resistenza proprio mentre i batteri si scambiano materiale genetico, facendo alla fine prevalere nella comunità di batteri presenti la versione del microbo originaria e dunque di nuovo sensibile agli antibiotici.
GENE DRIVE
Il principio della ricerca richiama quello dei “gene drive” sperimentati negli insetti: nelle zanzare, CRISPR è stato usato per far propagare rapidamente in una popolazione un tratto genetico che ostacola la trasmissione di patogeni (o riduce la capacità riproduttiva dell’insetto), sfruttando le dinamiche con cui i caratteri si diffondono in natura. Qui lo stesso modo di pensare viene adattato ai batteri per eliminare la resistenza batterica agli antibiotici.
La resistenza agli antibiotici è un problema serio e crescente a livello globale e che in Europa causa oltre 35mila morti ogni anno. Come è noto l’uso eccessivo o improprio di antibiotici, sia negli esseri umani che negli animali, provoca tale deriva che si configura come uno dei più arditi problemi salute pubblica nel mondo. Soprattutto in ambiente ospedaliero la presenza di batteri multiresistenti provoca un alto rischio di infezioni opportunistiche non debellabili. Uno degli esempi classici di resistenze indotte agli antibiotici deriva dal loro inutile uso per trattare infezioni virali, negli animali per promuovere la crescita negli allevamenti intensivi e prevenire le infezioni in luogo di una maggiore igiene e di misure di controllo delle infezioni. Una maggiore informazione e consapevolezza sulla resistenza agli antibiotici sarebbe utile per mitigare questo fenomeno che mette di fronte i clinici e i pazienti ad infezioni sempre più difficili da trattare con un corollario di aumenti della morbidità e della mortalità e dei costi sanitari oltre che di difficoltà della ricerca nel trovare trattamenti efficaci per le infezioni. Se da un lato i pazienti soprattutto anziani e fragili e gli stessi operatori sanitari possono agire evitando di utilizzare antibiotici quando non strettamente necessario seguendo sempre le indicazioni del medico, dall’altro è buona norma completare sempre il ciclo di trattamento antibiotico prescritto per sterminare quel ceppo ed evitare che si abitui ad un trattamento sub letale sviluppando appunto resistenza. – E’ poi sempre utile e anzi necessario attuare misure di igiene e di controllo delle infezioni (ad esempio, lavarsi le mani regolarmente) e infine sviluppare nuovi antibiotici e trattamenti alternativi
Su questi fronti l’Oms ha lanciato un piano d’azione globale per combattere la resistenza agli antibiotici e anche l’Ue ha adottato una strategia per ridurre l’uso degli antibiotici e promuovere la ricerca di nuovi trattamenti.
IL DISARMO SELETTIVO
Tra i nuovi filoni di ricerca si colloca ora questo del disarmo dei batteri divenuti resistenti utilizzando l’editing genetico. Il filone di ricerca è iniziato nel 2019, quando il laboratorio di Ethan Bier, professore di Cell and Developmental Biology alla UC San Diego School of Biological Sciences, ha avviato una collaborazione con il gruppo di Victor Nizet, professore di Pediatrics e Pharmacy alla UC San Diego School of Medicine, per mettere a punto il progetto di “Pro-Active Genetics” basato su CRISPR capace di “tagliare fuori” dai plasmidi le istruzioni genetiche che conferiscono resistenza. A distanza di 7 anni il gruppo ha pubblicato lo studio sulla rivista del gruppo Nature Antimicrobials & Resistance che ha dimostrato, in sostanza, che il sistema può passare da batterio all’altro sfruttando un meccanismo naturale di scambio di DNA. In pratica viene scritta un’istruzione che depotenzia le difese del batterio che casca nel tranello e abbassa le braccia perdendo la resistenza in tutta la sua comunità. Gli autori riportano una riduzione della prevalenza della resistenza di circa 3–5 ordini di grandezza (quindi da mille a centomila volte) a seconda delle
LO STUDIO
Nello studio CRISPR viene usato in due modi principali. Il primo è l’utilizzo di CRISPR per tagliare il gene di resistenza che si trova su un plasmide. Nel modello usato nello studio, i ricercatori fanno arrivare nel batterio CRISPR (Cas9 più la guida) anche una breve sequenza di DNA progettata come stampo. Quando Cas9 taglia il gene di resistenza presente sul plasmide “bersaglio”, il batterio è costretto a riparare quella rottura. A quel punto, invece di richiudere il taglio in modo casuale, sfrutta lo stampo fornito dal sistema: durante la riparazione viene inserita nel gene di resistenza una piccola sequenza che lo interrompe. Il risultato è che il gene non produce più la proteina che dava resistenza e, almeno in laboratorio, i batteri tornano sensibili all’antibiotico. Oltre a spegnere il gene di resistenza, gli autori descrivono una delezione mirata (homology-based deletion). CRISPR taglia il DNA in una regione affiancata da due brevi sequenze identiche; durante la riparazione, il DNA si riallinea su queste “copie” e il tratto intermedio viene eliminato in blocco, come con una gomma che cancella solo la porzione selezionata. Ma come si riesce a consegnare CRISPR dentro i batteri? Il gruppo di Bier e Nizet ha mostrato due strade. La prima sfrutta un processo naturale che si può descrivere come una sorta di “accoppiamento” batterico: due cellule entrano in contatto e una trasferisce all’altra la porzione di DNA con CRISPR. La seconda chiama in causa i batteriofagi, virus che infettano i batteri e che, in prospettiva, potrebbero essere ingegnerizzati per consegnare componenti utili al sistema.
LE APPLICAZIONI
Tra le applicazioni di questa tecnologia l’orizzonte è ampio, ma va letto con cautela perché siamo ancora al livello sperimentale. In prospettiva, si potrebbe intervenire in contesti dove le comunità batteriche sono difficili da eradicare e dove la resistenza trova terreno fertile: ambienti sanitari e superfici contaminate, ma anche serbatoi ambientali come acque reflue, allevamenti e acquacoltura. Molti batteri, invece di restare “liberi” in soluzione, si fissano a materiali come plastica, acciaio, silicone e tessuti biologici, producono una matrice appiccicosa e costruiscono un biofilm: una comunità organizzata che funziona come una pellicola protettiva. Il sistema progettato può operare all’interno di un biofilm, sfruttando il trasferimento cellula-a-cellula. Gli stessi autori richiamano l’idea di un possibile utilizzo anche nell’ingegneria del microbioma, per nel tentativo di modificare selettivamente certe funzioni batteriche senza “radere al suolo” l’ecosistema con antibiotici ad ampio spettro. In ogni caso, qualunque traduzione pratica richiederà passaggi rigorosi su sicurezza, controllo della diffusione e rischio di “vie di fuga” evolutive.
