Come si evolve la resistenza agli antibiotici
I batteri possono acquisire e diffondere la resistenza agli antibiotici attraverso piccole molecole circolari di DNA chiamate plasmidi. Queste unità genetiche autoreplicanti, che non fanno parte del genoma batterico, portano spesso geni di resistenza agli antibiotici che possono essere trasferiti tra batteri differenti. Il progetto PLASREVO (“Evolution of plasmid-mediated resistance in Pseudomonas aeruginosa”), finanziato dall’UE, voleva determinare cosa guida l’evoluzione e il mantenimento della resistenza agli antibiotici mediata dai plasmidi. Mentre i plasmidi portatori della resistenza agli antibiotici portano vantaggi ai batteri esposti agli antibiotici, c’è anche un costo metabolico associato all’ospitare questi parassiti genetici. Per comprendere perché i batteri mantengono i plasmidi anche in assenza di esposizione agli antibiotici, PLASREVO ha studiato lo Pseudomonas aeruginosa, un batterio che causa frequentemente infezioni negli ospedali. I ricercatori hanno utilizzato metodi sperimentali e computazionali per dimostrare che le interazioni tra diversi plasmidi che co-infettavano la stessa cellula batterica contribuivano alla sopravvivenza dei plasmidi. Ciò suggerisce che i plasmidi co-evolvano all’interno delle popolazioni batteriche ambientali e cliniche, aiutandosi reciprocamente a sopravvivere ben dopo l’interruzione dell’utilizzo degli antibiotici. Mentre in precedenza gli scienziati ritenevano che la sopravvivenza dei plasmidi dipendesse dalla trasmissione tra batteri, il recente lavoro ha dimostrato che almeno metà di tutti i plasmidi non sono trasmissibili. Poiché questi plasmidi possono andare persi ogni volta che i batteri si dividono, PLASREVO ha sviluppato sperimentalmente un plasmide altamente instabile per mostrare come riesce a stabilizzarsi all’interno di una popolazione. I ricercatori hanno scoperto che le popolazioni batteriche superavano rapidamente gli svantaggi di ospitare parassiti plasmidici incorporando mutazioni compensatorie che permettevano al batterio di adattarsi al plasmide. L’esposizione agli antibiotici rafforzava ulteriormente la stabilità dei plasmidi tramite selezione naturale positiva, perché i geni della resistenza agli antibiotici fornivano un vantaggio a quei batteri portatori del plasmide. In una specie di circolo di feedback, i vantaggi portati dal plasmide miglioravano la selezione naturale dei batteri che presentavano mutazioni compensatorie, e viceversa. Ciò era dovuto al fatto che la selezione positiva per il gene della resistenza agli antibiotici del plasmide accresceva la dimensione della popolazione di plasmidi, mentre le mutazioni compensatorie nel genoma dei batteri aumentava la stabilità del plasmide. La comprensione della base evolutiva per il mantenimento della resistenza agli antibiotici mediata dai plasmidi nelle popolazioni batteriche aiuterà a sviluppare nuove strategie per combattere questa seria minaccia sanitaria.
Parole chiave
Resistenza agli antibiotici, plasmidi, batteri, Pseudomonas aeruginosa, mutazioni compensatorie
