Un gene per inibirli e nell’evoluzione rallentarli

Conosciamo e sappiamo inibire certi meccanismi di acquisizione della resistenza agli antibiotici nei batteri, ma inibirne i meccanismi di ereditarietà potrebbe essere una svolta nella lotta all’evoluzione di queste resistenze sempre più perfezionate e ad ampio raggio. Una recente ricerca mostra come la delezione di singoli geni possa aiutarci in tal senso


La grande diffusione di antibiotici e il loro abuso irresponsabile in molti paesi occidentali hanno portato al problema oggi conosciuto come “super-batteri”. L’abuso di antibiotici infatti comporta una forte pressione selettiva nei confronti di molti batteri bersaglio di questi trattamenti. Grazie alla rapida riproduzione e a mutazioni casuali, in accordo con la teoria dell’evoluzione per selezione naturale, molti individui di ciascuna specie assumono tratti differenti e alcuni risultano resistenti a certi farmaci. I batteri che sono sopravvissuti ad un trattamento antibiotico acquisiscono quindi un vantaggio in termini di fitness e si riproducono più agevolmente di altri in ambienti ostili come un ospite umano in cura. Le consecutive selezioni applicate alle popolazioni che sopravvivono, mano a mano determinano la diffusione di ceppi batterici resistenti a sempre più trattamenti antibiotici. Interferire con farmaci nei meccanismi di acquisizione delle resistenze è possibile, tuttavia sarebbe molto più proficuo rallentare o sopprimere la continua acquisizione di sempre nuove resistenze ereditate di generazione in generazione e quindi impedire l’evoluzione di batteri resistenti a sempre più farmaci. Fortunatamente non siamo immobili ed impotenti spettatori davanti a questo fenomeno e molte interessanti scoperte ci stanno aiutando a capire come farvi fronte da un punto di vista pratico.

Alcuni ricercatori giapponesi hanno recentemente pubblicato su Scientific Reports un articolo che illustra come in alcuni ceppi si possa rallentare artificialmente l’evoluzione della resistenza agli antibiotici. Il gruppo di ricerca ha svolto esperimenti su alcuni ceppi di Escherichia coli, effettuando sistematicamente la delezione di singoli geni addetti all’espressione di ben 173 fattori di trascrizione noti per essere coinvolti nell’acquisizione della resistenza agli antibiotici. L’evoluzione delle popolazioni sperimentali è stata comparata a quella di un gruppo di controllo e tutte le colture sono state esposte a tre differenti farmaci antibiotici. Nell’indagine è stato osservato che, per esempio, la delezione dei singoli geni “lysR”, “arcA”e “gutM” ha comportato, nel tempo, una maggiore suscettibilità delle colture a tutti e tre i farmaci, risultando di fatto in una inibizione della resistenza antibiotica. I ricercatori hanno poi supposto che l’efficacia dell’inibizione risultata dalla delezione di questi geni fosse dovuta ad una relazione epistatica nei riguardi di altri geniUn gene è detto epistatico quando maschera l’espressione di un altro gene e in qualche modo ne altera gli effetti fenotipici (Pikaia ne ha parlato qui). Per verificare questa ipotesi sono state indotte alterazioni su altri geni dei ceppi batterici, specificamente sono stati delèti i geni “ompF” e “acrR”, noti per avere un importante ruolo nell’acquisizionedelle resistenze a certi farmaci. Osservare variazioni nella velocità di acquisizione delle resistenze in seguito alla loro delezione, avrebbe rafforzato l’assunto che i meccanismi in questione fossero dipendenti da più geni che si influenzano a vicenda. A seguito di analisi statistiche tuttavia, la delezione combinata di questi geni non ha evidenziato ulteriori significativi miglioramenti nell’inibizione. Questo fa supporre che la delezione dei singoli geni “lysR”, “arcA” e “gutM” porti all’inibizione senza contributi da altri geni.

I risultati della ricerca hanno evidenziato che la delezione di 21 singoli geni porta ad un incremento significativo della velocità di acquisizione delle resistenze attraverso le generazioni. La delezione di 42 geni singoli invece comporta una inibizione con conseguente rallentamento dell’evoluzione di tratti vantaggiosi per la resistenza antibiotica. La ricerca ha fornito nuove conoscenze riguardo le possibili applicazioni dell’editing genetico nella lotta all’evoluzione della resistenza agli antibiotici, tuttavia ha sottolineato il grande impatto che può assumere la delezione di singoli geni in un fenomeno così complesso. Gli studiosi suggeriscono infine di procedere con ulteriori studi sulla questione, confidando che la direzione presa possa portare a svolte rilevanti nella lotta a questo pericoloso fenomeno.


Riferimenti:
Horinouchi, T., Maeda, T., Kotani, H. et al. Suppression of antibiotic resistance evolution by single-gene deletion. Sci Rep 10, 4178 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-60663-6