Batteriologia

Batterio di 5.000 anni resistente agli antibiotici in Romania

Foto dell'autore

By Banu Danusia Alina

Revisionato dal Medical Board

Indice

Introduzione

La scoperta di microrganismi conservati in ambienti estremi rappresenta una straordinaria opportunità per comprendere l’evoluzione della vita sulla Terra.

Nella grotta di Scărișoara, in Romania, è stato isolato un batterio rimasto intrappolato nel ghiaccio per circa 5.000 anni.Questo microrganismo, identificato come Psychrobacter sp.

SC65A.3, ha attirato l’attenzione della comunità scientifica per una caratteristica sorprendente: la capacità di resistere a numerosi antibiotici moderni. Tale scoperta solleva interrogativi fondamentali sull’origine dell’antibiotico-resistenza e sulle sue implicazioni per la salute globale.Questo articolo descrive un batterio antico resistente agli antibiotici scoperto in Romania.

Il contesto della scoperta: la grotta di Scărișoara

Formazioni di ghiaccio nella Grotta di Scărișoara, uno dei più grandi ghiacciai sotterranei d’Europa, habitat del batterio Psychrobacter

Figura 1. Morfologia coloniale e microscopica di Psychrobacter sanguinis: colonie non pigmentate su agar sangue (A) e coccobacilli Gram-negativi osservati al microscopio (B).

Situata nei Monti Apuseni, la grotta di Scărișoara ospita uno dei più grandi ghiacciai sotterranei d’Europa.

Le condizioni ambientali, caratterizzate da temperature costanti e isolamento, permettono la conservazione di microrganismi per migliaia di anni.

Il ghiaccio agisce come un archivio naturale, intrappolando organismi e preservando li nel tempo.

Isolamento e identificazione del batterio

Il ceppo SC65A.3 è stato isolato da una carota di ghiaccio profonda oltre 25 metri, datata a circa 5.000 anni.

Attraverso tecniche di coltura e sequenziamento genomico, i ricercatori hanno identificato un microrganismo con caratteristiche eccezionali.

Lo studio rappresenta la prima analisi genomica completa di un batterio del genere Psychrobacter proveniente da ghiaccio di grotta

Il genere Psychrobact

Il genere Psychrobacter appartiene alla famiglia Moraxellaceae ed è costituito da batteri Gram-negativi, aerobi obbligati, generalmente non mobili, con morfologia variabile da cocchi a coccobacilli.

Questi microrganismi sono noti per la loro capacità di adattarsi a condizioni ambientali estreme, in particolare a basse temperature, motivo per cui vengono classificati come psicrofili o psicrotolleranti.

Sono stati isolati in una vasta gamma di ambienti freddi, tra cui ghiacciai, permafrost, acque marine profonde, regioni polari e anche alimenti refrigerati. Questa ampia distribuzione testimonia la loro elevata plasticità metabolica e la capacità di sopravvivere in condizioni di stress ambientale.

Dal punto di vista fisiologico, i Psychrobacter presentano adattamenti specifici che consentono la sopravvivenza a basse temperature.

Tra questi si osservano membrane cellulari ricche di acidi grassi insaturi, che mantengono la fluidità anche in condizioni di freddo, ed enzimi psicrofili, capaci di funzionare efficacemente a basse temperature ma spesso instabili a temperature elevate.

Inoltre, alcuni ceppi producono proteine antigelo e molecole crioprotettive che contribuiscono a prevenire danni cellulari causati dalla formazione di cristalli di ghiaccio.Dal punto di vista genomico, il genere Psychrobacter mostra una notevole variabilità genetica, con la presenza di geni associati alla resistenza agli antibiotici, alla risposta allo stress ossidativo e alla capacità di adattamento a condizioni ambientali estreme. Questi elementi suggeriscono un’evoluzione complessa guidata da pressioni selettive naturali.

Sebbene generalmente considerati microrganismi ambientali, alcuni ceppi di Psychrobacter sono stati associati a infezioni opportunistiche nell’uomo, tra cui batteriemie, infezioni del sistema nervoso centrale e infezioni delle ferite, soprattutto in individui immunocompromessi.

Tuttavia, tali casi risultano rari e il loro potenziale patogeno è ancora oggetto di studio.Dal punto di vista applicativo, questi batteri rivestono un notevole interesse biotecnologico.

Gli enzimi psicrofili prodotti da Psychrobacter trovano potenziale impiego in processi industriali che richiedono basse temperature, come nel settore alimentare, nella bioremediation e nelle biotecnologie ambientali.Nel contesto della recente scoperta del ceppo Psychrobacter SC65A.3, isolato da ghiaccio antico, questo genere si conferma un modello ideale per lo studio dell’evoluzione microbica, della resistenza agli antibiotici e degli adattamenti alla vita in condizioni estreme.

Adattamenti alla vita nel ghiaccio

❄️ Membrana cellulare

La membrana cellulare è un elemento chiave nell’adattamento dei microrganismi psicrofili alle basse temperature.

Nel ceppo Psychrobacter SC65A.3, la composizione lipidica consente di mantenere la funzionalità cellulare anche in condizioni di freddo estremo.La membrana presenta un’elevata percentuale di acidi grassi insaturi, che prevengono l’irrigidimento della struttura lipidica tipico delle basse temperature. I doppi legami introducono discontinuità, aumentando la fluidità e permettendo il corretto funzionamento delle proteine di membrana, come canali e trasportatori.Inoltre, questi microrganismi possono modulare dinamicamente la composizione lipidica in risposta alle variazioni ambientali, garantendo la permeabilità selettiva e il mantenimento dei gradienti elettrochimici.

🧪 Enzimi psicrofili

Gli enzimi psicrofili rappresentano un adattamento fondamentale dei microrganismi che vivono a basse temperature, come il ceppo Psychrobacter SC65A.3.

Sono caratterizzati da un’elevata flessibilità strutturale, che consente di mantenere un’efficiente attività catalitica anche in condizioni di freddo estremo.A livello molecolare, questa flessibilità è associata a interazioni interne meno stabili, favorendo una maggiore mobilità delle regioni attive e facilitando il legame con il substrato a basse temperature.Tuttavia, tale adattamento comporta una minore stabilità termica: gli enzimi psicrofili tendono infatti a denaturarsi più facilmente a temperature moderate o elevate.

🧊 Proteine antigelo e crioprotezione

Per sopravvivere a temperature estremamente basse, i microrganismi sviluppano meccanismi di crioprotezione.

Tra questi, le proteine antigelo (antifreeze proteins, AFPs) svolgono un ruolo chiave legandosi ai cristalli di ghiaccio e impedendone la crescita, riducendo i danni cellulari.

Oltre alle AFPs, i batteri producono molecole crioprotettive, come zuccheri (ad esempio trealosio), che stabilizzano proteine e membrane durante il congelamento.

Questi composti mantengono l’idratazione cellulare e prevengono la formazione di cristalli intracellulari, permettendo al microrganismo di conservare l’integrità strutturale e riattivarsi quando le condizioni diventano favorevoli.

🧬 Adattamenti genetici

L’adattamento del ceppo Psychrobacter SC65A.3 a condizioni estreme è supportato da un assetto genetico che consente una risposta efficace a diversi stress ambientali.

L’analisi genomica ha evidenziato geni coinvolti nella risposta allo stress termico, inclusi quelli associati al freddo e alle variazioni di temperatura.

Tra questi, le proteine chaperon svolgono un ruolo fondamentale nel corretto ripiegamento proteico e nella prevenzione della denaturazione.

Sono inoltre presenti geni legati alla regolazione dell’espressione genica e alla risposta allo stress ossidativo, oltre a numerosi determinanti della resistenza antimicrobica.

Questi adattamenti conferiscono al microrganismo una notevole plasticità, permettendogli di sopravvivere e adattarsi a lungo in ambienti estremi.

fmicb-16-1713017 (1)Download

⚙️ Metabolismo rallentato

In condizioni di freddo estremo, i microrganismi riducono significativamente la loro attività metabolica come strategia di sopravvivenza.


Il ceppo Psychrobacter SC65A.3 può entrare in uno stato di quiescenza, caratterizzato da una diminuzione dei processi biochimici, tra cui sintesi proteica, attività enzimatica e replicazione cellulare. Questo consente di conservare energia e mantenere l’integrità cellulare per lunghi periodi.
Nonostante il rallentamento metabolico, il batterio mantiene la capacità di riattivarsi rapidamente quando le condizioni ambientali diventano favorevoli.

Resistenza agli antibiotici: dati e significato

Figura 2. Antibiogramma (disco ABG) ed E-test: le zone di inibizione indicano la sensibilità batterica agli antibiotici, mentre la MIC viene determinata nel punto in cui la crescita batterica viene inibita lungo la striscia.

Resistenza agli antibiotici: dati e significato Uno degli aspetti più rilevanti emersi dallo studio del ceppo Psychrobacter SC65A.3 riguarda il suo profilo di resistenza agli antibiotici.

Le analisi fenotipiche hanno evidenziato una resistenza a 10 antibiotici appartenenti a diverse classi farmacologiche, configurando un quadro di resistenza multipla (multidrug resistance, MDR).

Questo risultato è particolarmente significativo considerando che il batterio è rimasto isolato per circa 5.000 anni, in un ambiente privo di esposizione agli antibiotici di origine antropica.

L’analisi genomica ha inoltre rivelato la presenza di oltre 100 geni associati alla resistenza antimicrobica. Tra questi sono stati identificati determinanti clinicamente rilevanti, come ampC, gyrA, parC, tetA e mcr-1, coinvolti in differenti meccanismi di difesa.

Questi geni conferiscono resistenza attraverso vari processi molecolari, tra cui la modifica dei bersagli cellulari degli antibiotici, la produzione di enzimi in grado di inattivarli e l’attivazione di sistemi di efflusso che espellono il farmaco dalla cellula batterica.

Dal punto di vista evolutivo, la presenza di un così ampio repertorio di geni di resistenza in un microrganismo antico dimostra che l’antibiotico-resistenza è un fenomeno naturale, sviluppatosi nel corso di milioni di anni come risultato della competizione tra microrganismi.

Pertanto, l’utilizzo degli antibiotici in ambito clinico non ha originato questo fenomeno, ma ne ha accelerato la diffusione e la selezione su scala globale.

Implicazioni per la salute pubblica

La scoperta del ceppo Psychrobacter SC65A.3, caratterizzato da un ampio repertorio di geni associati alla resistenza antimicrobica, solleva importanti considerazioni per la salute pubblica.


La presenza di tali determinanti genetici in un microrganismo antico evidenzia come l’antibiotico-resistenza sia un fenomeno naturale, ma allo stesso tempo sottolinea il rischio legato alla possibile diffusione di questi geni in altri batteri, inclusi quelli patogeni.


Uno dei principali meccanismi attraverso cui ciò potrebbe avvenire è il trasferimento genico orizzontale, che consente lo scambio di materiale genetico tra microrganismi diversi, favorendo la diffusione della resistenza anche in contesti clinici.


Inoltre, il cambiamento climatico e il progressivo scioglimento dei ghiacci potrebbero contribuire al rilascio nell’ambiente di microrganismi antichi e dei loro geni di resistenza, aumentando il potenziale rischio di diffusione.


Tuttavia, è importante sottolineare che il genere Psychrobacter è raramente associato a infezioni nell’uomo e il rischio diretto per la popolazione generale è attualmente considerato limitato.
Nel complesso, questi risultati evidenziano la necessità di un approccio integrato alla gestione dell’antibiotico-resistenza, basato su un uso responsabile degli antibiotici, sul monitoraggio ambientale e sullo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.

Possibili applicazioni biotecnologiche

Il ceppo Psychrobacter SC65A.3 rappresenta una risorsa di grande interesse per le biotecnologie, grazie alle sue peculiari capacità di adattamento a condizioni estreme e al suo profilo metabolico.

Uno degli aspetti più rilevanti riguarda la produzione di enzimi psicrofili, capaci di mantenere un’elevata attività catalitica a basse temperature.

Questi enzimi trovano potenziale applicazione in diversi settori industriali, tra cui l’industria alimentare, dove possono essere utilizzati in processi che richiedono condizioni termiche controllate, e nei detergenti, per migliorare l’efficacia a basse temperature.

In ambito ambientale, tali enzimi possono essere impiegati nei processi di bioremediation, contribuendo alla degradazione di contaminanti in ambienti freddi, come suoli e acque contaminate in regioni polari o alpine.

Un ulteriore ambito di interesse riguarda la capacità del ceppo SC65A.3 di produrre composti con attività antimicrobica.

Studi recenti hanno evidenziato che questo microrganismo è in grado di inibire la crescita di alcuni patogeni clinicamente rilevanti, suggerendo un possibile utilizzo nella ricerca e nello sviluppo di nuovi antibiotici.Infine, la comprensione dei meccanismi genetici e molecolari alla base della resistenza antimicrobica potrebbe contribuire allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche e alla progettazione di farmaci più efficaci.

Limiti dello studio e prospettive futuro

Nonostante i risultati rilevanti, lo studio del ceppo Psychrobacter SC65A.3 presenta alcune limitazioni che devono essere considerate nell’interpretazione dei dati.In primo luogo, l’analisi si basa su un numero limitato di campioni, il che rende necessario ampliare il campionamento per confermare la diffusione e la variabilità di microrganismi simili in ambienti glaciali.

Inoltre, l’interpretazione dei test di sensibilità agli antibiotici può risultare complessa, poiché non esistono standard specifici per il genere Psychrobacter.

Di conseguenza, i risultati sono stati confrontati con specie affini, introducendo un possibile margine di incertezza.

Un ulteriore limite riguarda le condizioni sperimentali: fattori come la temperatura di incubazione e il tipo di terreno di coltura possono influenzare l’espressione dei meccanismi di resistenza e la crescita batterica.Per quanto riguarda le prospettive future, saranno necessari ulteriori studi per

  • approfondire i meccanismi molecolari della resistenza antimicrobica.
  • analizzare il potenziale trasferimento genico verso altri microrganismi.
  • esplorare la diversità microbica in ambienti glaciali e permafrost.
  • valutare le possibili applicazioni biotecnologiche su scala industriale .

Inoltre, il monitoraggio degli ambienti glaciali in relazione ai cambiamenti climatici rappresenta un ambito di ricerca emergente, fondamentale per comprendere il possibile rilascio di microrganismi antichi e le loro implicazioni.

Conclusioni

La scoperta del ceppo Psychrobacter SC65A.3, conservato nel ghiaccio della grotta di Scărișoara per circa 5.000 anni, fornisce evidenze significative sull’origine naturale e antica della resistenza antimicrobica.

L’identificazione di un ampio repertorio di geni associati alla resistenza, insieme agli adattamenti fisiologici e genetici che consentono la sopravvivenza in ambienti estremi, evidenzia la complessità dei meccanismi evolutivi sviluppati dai microrganismi nel corso del tempo.

Allo stesso tempo, il potenziale biotecnologico di questo batterio, in particolare per la produzione di enzimi attivi a basse temperature e composti antimicrobici, apre nuove prospettive nella ricerca scientifica e nello sviluppo di strategie terapeutiche innovative.Nel complesso, lo studio di microrganismi conservati in ambienti estremi rappresenta un’importante opportunità per comprendere meglio l’evoluzione microbica e affrontare le sfide globali legate all’antibiotico-resistenza.

Crediti immagini

Bibliografia scientifica

  • Paun V.I. et al. (2026). First genome sequence and functional profiling of Psychrobacter SC65A.3 preserved in 5,000-year-old cave ice. Frontiers in Microbiology, 16:1713017.
  • Ioannou P. et al. (2025). Psychrobacter infections in humans: a narrative review. Antibiotics.
  • D’Costa V.M. et al. (2011). Antibiotic resistance is ancient. Nature.
  • Allen H.K. et al. (2010). Call of the wild: antibiotic resistance genes in natural environments. Nature Reviews Microbiology.
  • Madigan M.T. et al. (2021). Brock Biology of Microorganisms. Pearson.

Mangi miglio e ti senti meglio? Cosa dicono le nuove ricerche su glicemia, intestino e metabolismo

Cibi che mantengono l’alito fresco