Streptococcus pneumoniae e l’antibiotico-resistenza

batteri - Foto di Jayanta BeheraIl sequenziamento del genoma batterico di 240 ceppi di Streptococcus pneumoniae sta permettendo agli scienziati di capire nel dettaglio come e perché alcuni batteri riescono a sopravvivere ad antibiotici e vaccini.

Nuove ricerche mettono in luce i motivi per cui, negli ultimi anni, sempre più batteri appartenenti alla specie Streptococcus pneumoniae resistono ai trattamenti farmacologici come vaccini e antibiotici. Il sequenziamento del genoma batterico di ceppi molto vicini tra loro ha infatti evidenziato dei patterns di adattamento e la diffusione della linea evolutiva antibiotico-resistente.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, chiarisce gli eventi che hanno portato numerosi batteri, appartenenti alla specie Streptococcus pneumoniae, a rispondere in modo sempre più rapido ai nuovi antibiotici e vaccini.

Streptococcus pneumoniae è responsabile di numerose patologie umane, tra queste si ricordano la polmonite, l’otite e la meningite batterica.
L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che le malattie da pneumococco siano la causa di circa 4 milioni di morti all’anno, prevalentemente tra i bambini dei Paesi più poveri.

Già a partire dagli anni ’70 alcuni ceppi batterici di Streptococcus pneumoniae avevano sviluppato resistenza verso alcuni antibiotici di uso comune, ma col passare del tempo la situazione si è aggravata sempre più.

Questa ricerca sfrutta il sequenziamento del DNA per ricostruire il cammino evolutivo percorso negli ultimi anni dal ceppo batterico PMEN1 resistente agli antibiotici e ormai diffuso in tutti i continenti.

“Abbiamo sequenziato 240 campioni della forma PMEN1 di Streptococcus pneumoniae raccolti tra il 1984 e il 2008 in 22 Paesi. Confrontando le sequenze è possibile iniziare a capire l’evoluzione di questo batterio e quali strategie genetiche mette in atto per rispondere ai farmaci elaborati dall’uomo” spiega il Dott. Stephen Bentley del Wellcome Trust Sanger Institute e autore dello studio.

Dai risultati ottenuti grazie al sequenziamento del genoma batterico i ricercatori inglesi hanno chiarito che il ceppo originario di PMEN1 si è sviluppato in Europa circa 40 anni fa in risposta all’introduzione degli antibiotici e si è diffuso a più riprese in America e in Asia. Si evince inoltre che S. pneumoniae è capace di evolvere e “reinventarsi” dal punto di vista genetico ad una velocità notevole, infatti il tasso di differenziazione notato dai ricercatori è risultato molto elevato considerando che l’indagine è stata condotta su ceppi batterici molto vicini tra loro.

Una parte consistente del lavoro di ricerca ha visto i ricercatori impegnati nel separare le mutazioni puntiformi da quelle causate da ricombinazione del DNA poiché queste ultime, con scambi di parti di DNA tra batteri, sono la causa dei cambiamenti più importanti nella struttura del genoma. Tali mutazioni possono essere responsabili della resistenza ai farmaci mostrata da alcuni ceppi batterici.

“Separare questi due tipi di mutazioni è stato il primo passo. Grazie alle mutazioni puntiformi – che vengono passate in modo verticale da una generazione a quella successiva per discendenza diretta – è stato possibile ricostruire un albero evolutivo. E’ così che abbiamo capito che il ceppo PMEN1 resistente agli antibiotici si era originato verso gli anni ’70 – nel periodo in cui sono stati diffusi in modo capillare gli antibiotici per trattare le malattie pneumococciche” spiega il Professor Julian Parkhill, responsabile di Genomica dei patogeni presso il Wellcome Trust Sanger Institute.

Solitamente le ricombinazioni sono meno frequenti rispetto alle mutazioni puntiformi, ma in S. pneumoniae sembrano essere abbastanza comuni.
“Abbiamo osservato in più occasioni che i batteri hanno acquisito la resistenza ai farmaci, come ad esempio agli antibiotici macrolidi, diverse volte in diverse aree geografiche” afferma Stephen Bentley, ricercatore del Wellcome Trust Sanger Institute e autore dello studio.

Le mutazioni sono responsabili dell’evoluzione in tutti gli organismi ed è noto da tempo che alcune variazioni a carico del genoma batterico si traducono nella resistenza ai farmaci, ma questo studio consente finalmente di capire quanto spesso avvengono mutazioni importanti all’interno di ogni singolo ceppo batterico. Dalla migliore conoscenza del genoma batterico è possibile arrivare alla messa a punto di strategie di controllo dell’infezione più efficaci.

Il team di ricercatori ha osservato che le mutazioni hanno influenzato maggiormente alcune parti del genoma di S. pneumoniae.
I geni per gli antigeni risultano molto più suscettibili alle mutazioni. La consistente variazione di questi tratti suggerisce i modi in cui S. pneumoniae riesce a eludere i vaccini mirati per questi antigeni. Se il sistema immunitario impara a riconoscere gli antigeni, il batterio può modificarli con facilità proprio come un criminale che cambia aspetto per non farsi scoprire” afferma il Dott. William Hanage, professore associato di epidemiologia presso la Harvard School of Public Health e collaboratore dell’Imperial College London dove ha messo a punto il lavoro di ricerca insieme agli scienziati del Wellcome Trust Sanger Institute.

I ricercatori hanno inoltre identificato differenze nel pattern di adattamento in risposta a vaccini e antibiotici.
“Capita abbastanza spesso che diversi ceppi batterici si adattano in modo simile per diventare resistenti agli antibiotici, mentre per quanto riguarda i vaccini ciò che osserviamo è un declino nella prevalenza dei batteri sensibili al trattamento farmacologico, questo apre la strada ai batteri capaci di eludere il vaccino e adattarsi all’ambiente dove assumono il ruolo di ceppo dominante” spiega Nicholas Croucher del Wellcome Trust Sanger Institute e primo autore dello studio.

L’ultima campagna di vaccinazione negli Stati Uniti è stata eseguita nel 2000. Il vaccino ha quasi completamente debellato dalla popolazione i ceppi pneumococcici obiettivo del trattamento, ma alcuni batteri avevano qualche caratteristica che ha consentito loro di sopravvivere al nuovo vaccino e di continuare a vivere e riprodursi fino a prendere il posto del ceppo batterico dominante stroncato dalla vaccinazione.
“La ricerca getta nuova luce sull’evoluzione di S. pneumoniae in risposta all’ultima campagna di vaccinazione eseguita negli Stati Uniti nel 2000. Il vaccino, messo a punto per 7 tra i più comuni sottotipi di pneumococco, aveva lo scopo di eradicare questi batteri dalla popolazione, ma era già noto che altri ceppi ne avrebbero preso il posto. Ciò che non risultava chiaro era se le nuove varianti fossero già presenti prima del 2000 o se si sono evolute in risposta al vaccino” spiega Hervé Tettelin, professore associato di Microbiologia e Immunologia presso la University of Maryland School of Medicine.
Dai risultati della ricerca pare che le nuove varianti di pneumococco esistessero già prima del 2000.

“Se impariamo a capire come, quando e perché questi organismi evolvono, saremo in grado di mettere a punto dei regimi terapeutici adeguati per i futuri vaccini e antibiotici” afferma Tettelin.

Visto che i trattamenti farmacologici impiegati fino ad oggi non sembrano in grado di eradicare completamente i ceppi resistenti di questo patogeno, una possibile alternativa per risolvere il problema sarebbe la messa a punto di un vaccino il cui target sia una proteina essenziale e comune a tutti i ceppi di S. pneumoniae. A tale scopo il sequenziamento del DNA risulta sicuramente il punto di partenza per riuscire a scoprire quale o quali siano le proteine più interessanti per mettere a punto un nuovo vaccino.

Ora che hanno sequenziato il genoma della forma PMEN1 di Streptococcus pneumoniae, i ricercatori mirano al sequenziamento di altri ceppi batterici impiegando lo stesso tipo di approccio.
Ulteriori e più approfonditi studi sul genoma batterico consentiranno di capire nel dettaglio l’evoluzione di questi organismi e di chiarire i meccanismi che mettono in atto per sopravvivere ai farmaci. Si tratta di un primo passo che permetterà forse in futuro di controllare alcuni tratti genetici che facilitano l’adattamento dei batteri alle nuove condizioni ambientali, l’obiettivo sarà la messa a punto di trattamenti più efficaci per contrastare le infezioni batteriche da Streptococcus pneumoniae.