Gli antibiotici normalmente agiscono di concerto con il sistema immunitario di un organismo per eliminare un'infezione. Però, i farmaci possono avere ampi effetti collaterali, compresa l'eliminazione dei batteri "buoni" nel corso della lotta contro un agente patogeno. Un nuovo studio condotto da ricercatori del Broad Institute del MIT e di Harvard, MIT, e il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ha dimostrato che gli antibiotici possono anche ridurre la capacità delle cellule immunitarie dei topi di uccidere i batteri, e che i cambiamenti nell'ambiente biochimico direttamente provocati dal trattamento possono proteggere l'agente patogeno batterico. L'opera è stata pubblicata oggi in Cellula ospite e microbi .

"Gli antibiotici interagiscono con le cellule, in particolare le cellule immunitarie, in modi che non ci aspettavamo, " ha detto il co-primo autore Jason Yang, uno studioso postdottorato presso il Broad Institute e il MIT. "E il contesto biochimico, alterato da antibiotici e cellule nel tessuto circostante, è importante quando si cerca di prevedere come un farmaco potrebbe funzionare in persone diverse o in infezioni diverse".

Di fronte alla crescente minaccia della resistenza agli antibiotici, comprendere la miriade di impatti degli antibiotici è anche un obiettivo fondamentale per ricercatori e medici che formulano trattamenti migliori. L'autore senior James Collins, membro dell'istituto presso Broad, professore al MIT, e membro principale della facoltà presso il Wyss Institute, e il suo laboratorio hanno precedentemente dimostrato che diversi tipi di antibiotici possono danneggiare i mitocondri nei topi e nelle cellule epiteliali umane, e che la suscettibilità batterica ai farmaci può essere influenzata da piccole molecole, chiamati metaboliti, rilasciati dalle cellule come intermedi delle loro reazioni metaboliche.

Yang e i suoi colleghi sospettavano che il trattamento antibiotico potesse alterare ulteriormente il microambiente dell'infezione in modi che avrebbero un impatto sui batteri e sulle cellule immunitarie. Indagare, il team ha trattato topi infettati da batteri Escherichia coli con un antibiotico comunemente usato chiamato ciprofloxacina, somministrato attraverso l'acqua potabile degli animali a concentrazioni relative a ciò che un essere umano riceverebbe, e quantificato i cambiamenti biochimici.

I ricercatori hanno scoperto che il trattamento antibiotico ha suscitato cambiamenti sistemici nei metaboliti, non influenzando il microbioma, ma agendo direttamente sui tessuti del topo. In ulteriori indagini, il team ha determinato che i metaboliti rilasciati dalle cellule di topo rendevano E. coli più resistente alla ciprofloxacina. L'esposizione agli antibiotici ha anche compromesso la funzione immunitaria inibendo l'attività respiratoria nelle cellule immunitarie:i macrofagi trattati con ciprofloxacina erano meno capaci di inghiottire e uccidere i batteri di E. coli.

"In genere presumi che gli antibiotici avranno un impatto significativo sulle cellule batteriche, eppure qui sembrano innescare risposte nelle cellule dei mammiferi, " ha detto Collins. "I farmaci stanno producendo cambiamenti che sono in realtà controproducenti per lo sforzo di trattamento. Riducono la suscettibilità batterica agli antibiotici, e i farmaci stessi riducono il beneficio funzionale delle cellule immunitarie".

I risultati evidenziano il potenziale degli antibiotici per modulare il sistema immunitario, e rivelano l'importanza del microambiente metabolico nella risoluzione di un'infezione. "Gli aspetti di questo lavoro indicano che la diversità biochimica potrebbe essere un fattore trainante per i diversi risultati del trattamento farmacologico, " ha detto Yang. "Se abbiamo una migliore comprensione degli effetti specifici che gli antibiotici possono avere su cellule diverse, che può aiutarci a prendere decisioni su come trattare meglio l'infezione".

Tradurre i risultati per la salute umana richiederà più lavoro di follow-up. "Dobbiamo condurre ulteriori studi sugli animali in una gamma più ampia di condizioni con una gamma più ampia di antibiotici, e potenzialmente misurare i metaboliti nei pazienti umani sottoposti a trattamento, per vedere cos'altro potrebbe succedere, " disse Collins.