I Batteriofagi sono virus che infettano i batteri e sono i più numerosi microrganismi del pianeta. Uccidono un gran numero di batteri in ambienti naturali. Inoltre possono essere usati per trattare le infezioni batteriche.
Negli anni 1920 e 1930, prima degli antibiotici sono stati ampiamente utilizzati, tanto che i medici negli Stati Uniti e in altri paesi hanno trattato con successo una varietà di infezioni con i batteriofagi (oggi conosciuta come terapia fagica o fagoterapia). La fagoterapia continua ad essere utilizzata in alcuni paesi, tra cui la Georgia e la Polonia, ma negli Stati Uniti e in gran parte dell’Europa, i fagi sono stati accantonati con l’ascesa degli antibiotici, i quali sono stati visti come una bacchetta magica. Ora, con le campane d’allarme più forti che mai per l’aumento della resistenza agli antibiotici, gli scienziati si rivolgono a diverse vie per attaccare le infezioni batteriche. Una di queste è la fagoterapia.
A differenza di molti antibiotici, i batteriofagi infettano solo i batteri specifici e sono in genere innocui per l’organismo ospite, compresi i batteri benefici dell’ospite. I batteri resistenti agli antibiotici sono di solito completamente sensibili ai fagi. Più fagi possono essere utilizzati insieme o in combinazione con antibiotici per massimizzare i risultati del trattamento.
Tuttavia, la nuova ricerca condotta presso l’Università di Miami a Coral Gables, in Florida, e il National Cancer Institute, a Bethesda, Maryland dimostrano che un sottoinsieme di batteriofagi, soprannominati “superspreaders“, svolgono un ruolo potenzialmente importante nella trasmissione di resistenza antimicrobica. La ricerca, descritta in mBio, fornisce una risposta ad una domanda biologica di lunga data e può aiutare gli scienziati a selezionare meglio i batteriofagi specifici per l’uso terapeutico.
“Il nostro lavoro suggerisce che i fagi superspreaders possono contribuire a guidare l’evoluzione dei batteri in ambienti naturali, ma non sono adatti per l’uso in medicina“, ha detto l’autore Eric Keen, uno studente laureato alla Washington University di St. Louis, Missouri, che ha condotto il progetto all’Università di Miami a Coral Gables, e al NCI, a Bethesda, Maryland.
“Riteniamo che i nostri risultati sono qualcosa che i medici e i ricercatori devono conoscere, perché diversi fagi sembrano diffondere geni di resistenza agli antibiotici a velocità diverse.”
Ovviamente, noi non vogliamo progettare terapie che utilizzano fagi che siano in grado di diffondere geni di resistenza agli antibiotici “.
Quando gli scienziati hanno saputo che molti batteri portano plasmidi, elementi di DNA extracromosomico che codificano frequentemente resistenza agli antibiotici, nessuno aveva precedentemente studiato cosa succede a questi plasmidi quando un batteriofago li soffia ad una cellula batterica. “Non è chiaro se i plasmidi vengono distrutti durante l’infezione dei fagi o rilasciati intatti al momento della lisi, dopo di che la loro resistenza potrebbe essere acquisita da altri batteri“, ha detto Keen.
Per risolvere questo divario di conoscenza, Keen e colleghi hanno assemblato una libreria di fagi ambientali isolati da campioni ambientali, tra cui campioni di terreno da Maryland e da acqua del canale in Florida. Hanno infettato ceppi di Escherichia coli resistenti all’antibiotico ampicillina con 20 diversi fagi isolati e poi hanno misurato la quantità di DNA plasmide rilasciato intatto al momento della lisi.
I ricercatori hanno scoperto che 2 dei 20 batteriofagi hanno promosso il trasferimento del plasmide di 50 volte superiore a quella osservata con gli altri 18 fagi e che questi 2 fagi sono stati in grado di rilasciare efficacemente diversi plasmidi differenti, ciascuno con un diverso gene di resistenza agli antibiotici. I ricercatori hanno chiamato questi due batteriofagi SUSP1 e SUSP2, abbreviazione di superspreader.
Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che l’aggiunta di SUSP2 in co-colture di E. coli kanamicina-resistenti e di batteri Bacillus kanamicina-sensibili hanno portato a batteri Bacillus circa 1.000 volte più resistenti alla kanamicina, suggerendo che questo fago potrebbe essere in grado di trasferire geni di resistenza agli antibiotici a batteri diversi da E. coli e in condizioni più naturali.
“Sulla base del nostro lavoro con una serie di diversi fagi mutanti ben caratterizzati, ipotizziamo che la ragione per cui questi due fagi sono speciali è perché mancano di enzimi idrolitici che gli altri fagi usano per tagliare il DNA in maniera molto efficiente durante l’infezione“, ha detto Keen. “Pensiamo che i superdiffusori mancano di questi enzimi, e come risultato il DNA sopravvive alle loro infezioni e resta intatto“.
I ricercatori dovrebbero evitare i “superdiffusori” durante la progettazione di terapie fagiche, notando che la maggior parte dei fagi testati erano molto meno efficienti nel promuovere il trasferimento della resistenza agli antibiotici.
Salvatore Gemmellaro
