Antibiotici: batteri “mutaforma” per la resistenza

Una nuova ricerca condotta dal professore di fisica Shiladitya Banerjee dimostra come alcuni batteri possano adattarsi all’esposizione a lungo termine agli antibiotici cambiando la loro forma.

Evoluzione: un problema anche sanitario

L’adattamento è un processo biologico fondamentale che spinge gli organismi a modificare i loro tratti e comportamenti per adattarsi meglio al loro ambiente. Che si tratti dei fringuelli osservati da Charles Darwin o dei batteri con cui coesistiamo, tutti subiscono la spinta evolutiva. Gli antibiotici sono certamente una delle più grandi scoperte mediche. Aiutano a curare le persone e combattere le infezioni guarendo moltissime persone. Però l’altro lato della medaglia è che hanno contribuito a spingere i batteri ad evolversi. L’uso crescente di antibiotici ha portato alla diffusione di infezioni che non rispondono più a questi trattamenti sanitari. L’antibiotico resistenza sta diventando così un problema sempre crescente nella pratica medica.

Antibiotico resistenza: un problema importante

Nel 2019 in Italia circa 4 persone su 10 hanno avuto almeno una prescrizione di antibiotici. I livelli più elevati si sono avuti nei bambini di età inferiore ai 5 anni e superiore agli 85 anni. Negli ultimi tre anni si è assistito complessivamente a una riduzione del 5,8% loro consumo. Questo dato è però ancora lontano dall’obiettivo del 10% definito nell’ambito del Piano Nazionale di Contrasto dell’Antimicrobico Resistenza (PNCAR). La Review on Antimicrobial Resistance ha stimato che, nel 2050, le infezioni batteriche causeranno circa 10 milioni di morti all’anno nel mondo. Supereranno quindi ampiamente i decessi per tumore (8,2 milioni), diabete (1,5 milioni) o incidenti stradali (1,2 milioni). Si crede che il costo di questo problema arriverà a superare i 100 trilioni di dollari.

Antibiotici: i batteri cambiano la forma

La ricerca svolta alla Carnegie Mellon e alla University College of London (UCL) si è concentrata sulla meccanica e fisica alla base dei processi cellulari. Un tema comune nel lavoro del team del professor Banerjee è stato come la forma di una cellula possa influire sulla sua riproduzione e sopravvivenza. Utilizzando modelli cellulari e teorici hanno dimostrato che i cambiamenti nella forma delle cellule riescono a rendere i batteri più resistenti agli antibiotici. Insieme ai ricercatori dell’Università di Chicago, hanno deciso di approfondire come l’esposizione ai farmaci influisce sulla crescita e morfologia del batterio Caulobacter crescentus, un organismo modello comunemente usato. I ricercatori hanno esposto i batteri a basse dosi dell’antibiotico cloramfenicolo per più generazioni. Così hanno scoperto che i batteri hanno cambiato radicalmente la loro forma diventando più larghi e più curvi. La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.

Antibiotici e forma: una relazione matematica

I ricercatori sono giunti a questa conclusione sviluppando anche un modello teorico matematico. Le mutazioni consentono ai batteri di avere una curvatura più elevata cambiando il rapporto superficie-volume inferiore. Il cambiamento di forma minimizza così la superficie di scambio con l’ambiente che li circonda. Questo fa sì che meno particelle di antibiotici riescano a penetrare dentro ai batteri. Gli antibiotici quindi spingono i batteri ad evolversi e cambiare forma. Il professor Banerjee ha detto:

Questa intuizione è di grande importanza per la salute umana e probabilmente stimolerà numerosi ulteriori studi molecolari sul ruolo della forma cellulare sulla crescita batterica e sulla resistenza agli antibiotici.

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