L’ingegneria genetica nella lotta all’antibiotico resistenza

L’antibiotico resistenza è una delle sfide più importanti che attualmente gli scienziati stanno affrontando. Tra le varie ipotesi di lotta a questo fenomeno stanno emergendo nuove armi in nostro soccorso, armi che derivano da ricerche sull’ingegneria genetica batterica.

Il problema degli antibiotici

Lo sfruttamento eccessivo degli antibiotici ha causato la selezione di batteri antibiotico-resistenti che, soprattutto per le fasce più a rischio, portano a patologie molto gravi che possono culminare con la morte del paziente.

Un ulteriore problema è dato dal vasto utilizzo di antibiotici ad ampio spettro che non fanno distinzione tra “batteri buoni” e “batteri cattivi” portando così alla morte, non solo dei batteri patogeni, ma anche dei batteri che abitano il nostro microbiota causando disregolazioni delle attività fisiologiche normali.

Per porre rimedio a questi problemi si stanno studiando nuovi metodi più selettivi e un gruppo di ricercatori ha sfruttato la coniugazione batterica in un ceppo antibiotico-resistente di Vibrio cholerae, agente eziologico del colera.

Sfruttare la coniugazione batterica

La coniugazione batterica permette ai batteri di scambiare piccoli pezzi di DNA circolari (detti plasmidi) da un batterio all’altro e spesso questi frammenti di DNA possiedono geni che mediano l’antibiotico resistenza.

I ricercatori hanno sfruttato questo fenomeno per inserire in alcuni batteri un set di geni che codificano per una tossina ed il suo antidoto, proteine chiamate rispettivamente CcdB e CcdA, e lasciare che il trasferimento dei plasmidi che avviene tra un batterio e l’altro contribuisca a diffonderli.

Ma se facciamo in modo che un batterio produca sia la tossina che l’antidoto qual è l’utilità?

Il sistema è stato progettato in modo tale che l’antidoto agisca solamente nei ceppi di V. cholerae sensibili all’antibiotico in modo che la tossina possa portare unicamente all’eliminazione dei ceppi resistenti agli antibiotici.

Inoltre se il batterio che riceve questo set di geni non è V. cholerae questi non si attiveranno perchè mancano i fattori di trascrizione specifici che ne mediano la loro espressione!

Come è stato possibile tutto ciò?

La selettività tra le diverse specie di batteri è stata fornita ingegnerizzando i geni che codificano per la tossina in modo che siano trascritti solamente in presenza del fattore di trascrizione ToxR, essenziale per la virulenza del batterio e presente solo in V. cholerae.

Per quanto riguarda la selettività tra i diversi ceppi l’antidoto è prodotto funzionalmente soltanto dai ceppi sensibili agli antibiotici in quanto nei ceppi antibiotico-resistenti la sua produzione è inattivata dalla presenza della proteina repressore SetR che regola anche l’espressione dell’Elemento SXT che fornisce l’antibiotico-resistenza a questi batteri.

Bomba ad orologeria

Per ritardare la rapidissima azione tossica della proteina CccB e permettere alle cellule modificate di produrre l’antidoto, CccA, all’interno del gene della tossina è stata aggiunta una sequenza di DNA che codifica per una speciale proteina chiamata “inteina“, in modo da far produrre ai batteri delle proteine chimeriche formate sia da CccB che da inteina.

L’inteina coniugata alla tossina la inattiva finché non avviene il processo di splicing proteico che ha l’effetto di rimuovere l’inteina dalla proteina chimerica, rilasciando la tossina CccB nella sua forma funzionale.

Conclusioni

Il metodo è stato applicato in 3 habitat naturali di V. cholerae: l’ambiente acquatico, le larve di zebrafish e larve di crostacei, dimostrando la completa eliminazione dei ceppi antibiotico-resistenti. Il sistema è stato messo appunto solamente per il batterio V. cholerae ma può essere adattato ad altri batteri patogeni sfruttando le loro caratteristiche genetiche.

L’unico problema è che spesso la coniugazione batterica non è efficiente al 100%, solo alcune cellule ricevono tutti i geni necessari per permettere al sistema di funzionare. Per risolverlo si stanno studiando metodi per aumentare l’efficienza del trasferimento genico e cercando ulteriori tossine (alcune sono già disponibili) da poter impiegare così da ridurre al minimo la possibilità di evasione dei batteri.

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