Gli enterococchi sono microbi resistenti che prosperano nei tratti gastrointestinali di quasi tutti gli animali terrestri, compreso il nostro, e generalmente non causano danni. Ma la loro robustezza ultimamente li ha resi le principali cause di infezioni multi-resistenti ai farmaci, soprattutto in contesti come gli ospedali in cui l'uso di antibiotici interrompe l'equilibrio naturale dei microbi intestinali.

Quindi la scoperta di una nuova tossina in un ceppo di Enterococcus sta sollevando le sopracciglia scientifiche. Isolati da feci di vacca campionate in una fattoria della Carolina del Sud, l'insetto è stato scoperto inaspettatamente portare una tossina simile alla tossina che causa il botulismo. La scoperta è stata riportata il 25 gennaio sulla rivista Cellula ospite e microbi .

"Questa è la prima volta che una neurotossina botulinica è stata trovata al di fuori del Clostridium botulinum, e non solo la tossina, ma un'intera unità contenente la tossina e le proteine ​​associate che impediscono la degradazione della tossina nel tratto gastrointestinale, "dice Min Dong, dottorato di ricerca, uno scienziato del Dipartimento di Urologia del Boston Children's Hospital e della Harvard Medical School e uno degli esperti mondiali di tossine botuliniche.

La tossina, soprannominato BoNT/En, è la nona tossina botulinica ad essere descritta. (Ultimo agosto, Dong e colleghi hanno riportato l'ottavo, BoNT/X, fatto da C. botulinum e la prima nuova tossina botulinica trovata in quasi 50 anni.

Dovremmo avere paura?

No, almeno non ancora, dice Sicai Zhang, dottorato di ricerca, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Dong e uno dei tre co-primi autori autori del nuovo rapporto.

"L'isolato di enterococco che trasporta la tossina rimane fortunatamente suscettibile agli antibiotici chiave, " nota Zhang. "È stato trovato solo una volta da un singolo animale, e non sono stati osservati segni di malattia del botulismo."

Quando Sicai e il suo collega Jie Zhang, dottorato di ricerca, testato la tossina nei roditori in laboratorio, ha avuto poco o nessun effetto. Solo quando hanno manipolato la tossina per colpire meglio i neuroni di topo e ratto, è diventata potente, interrompendo la funzione nervosa e causando la paralisi.

BoNT/En è tossico per l'uomo? Il laboratorio di Dong lo sta testando su neuroni umani in coltura per scoprirlo.

Fare il salto

Come potrebbe questa tossina botulinica saltare da una specie batterica all'altra? Squadre guidate dai collaboratori di Dong, Michele Gilmore, dottorato di ricerca, presso il Massachusetts Eye and Ear e la Harvard Medical School, e Andrew Doxey, dottorato di ricerca, presso l'Università di Waterloo, hanno scoperto che i geni della tossina botulinica BoNT/En erano trasportati da un plasmide.

I plasmidi sono strutture mobili che contengono DNA indipendentemente dai cromosomi, e può essere scambiato da un batterio all'altro. I plasmidi sono abbastanza comuni negli enterococchi:infatti, sono stati associati all'acquisizione di resistenza alla vancomicina, un antibiotico di ultima istanza, e trasferimento della resistenza al temibile Staphylococcus aureus.

Questa capacità di scambiare i geni è ciò che preoccupa gli scienziati. Potrebbe una potente tossina da C. botulinum finire in un multi-resistente E. faecium sforzo? Ora sembra teoricamente possibile.

"Enterococcus è un hub centrale per il trasferimento genico all'interno dell'intestino, e questo lo rende potenzialmente spaventoso, "dice Dong.

Giù alla fattoria

Il laboratorio di Gilmore ha sequenziato la produzione di tossine E. faecium ceppo come parte di una ricerca molto più ampia delle origini della resistenza agli antibiotici enterococcici e della capacità di causare malattie.

"Non stavamo cercando una neurotossina in E. faecium , "dice Francois Lebreton, dottorato di ricerca, un altro co-primo autore dell'articolo specializzato nell'esame delle sequenze del genoma di questi microbi. "Non c'era motivo di sospettare la sua esistenza."

Lebreton ha studiato l'evoluzione degli enterococchi dalle sue origini paleozoiche commensali alla sua ascesa come minaccia ospedaliera.

"Nell'agricoltura intensiva, gli antibiotici vengono somministrati agli animali da allevamento per favorire l'aumento di peso in strutture spesso affollate. Riteniamo che ciò crei un ambiente nell'intestino animale che consente agli enterococchi resistenti agli antibiotici di prosperare e di entrare in contatto con l'uomo, " spiega. "Sappiamo che l'alta resistenza agli antibiotici E. faecium Il ceppo che combattiamo in ospedale è strettamente correlato ai ceppi trovati nei tratti gastrointestinali degli animali allevati".

Dalla fattoria al computer

Entra il bioinformatico Andrew Doxey, dottorato di ricerca, il cui laboratorio presso l'Università di Waterloo è specializzato nell'estrazione di dati sul genoma per scoprire nuove tossine e geni di virulenza. Analizzando il nuovo sequenziato E. faecium genoma, i programmi per computer del laboratorio hanno individuato rapidamente la sequenza genetica della nuova tossina botulinica.

"Il modo in cui abbiamo scoperto questa tossina usando metodi computazionali è diverso da come le tossine venivano identificate in passato, e può diventare un approccio standard nel biomonitoraggio", afferma Doxey. "Rappresenta al meglio la collaborazione scientifica e la condivisione dei dati".

Una tempesta perfetta?

La tossina appena scoperta solleva qualche preoccupazione sul fatto che la tossina botulinica possa presentarsi negli enterococchi resistenti agli antibiotici, forse derivante dal trasferimento di geni nell'intestino di un animale che li ospita entrambi C. botulinum ed Enterococco.

"Questa è una scoperta unica di una neurotossina botulinica in un batterio che è sia onnipresente negli animali che un serio problema per la salute umana, "dice Lebreton." E. faecium è nell'intestino di quasi ogni essere umano; è estremamente resistente e resiste a molte sollecitazioni, spesso includendo sforzi per disinfettare le superfici ospedaliere. Un ospedale adattato, resistente agli antibiotici, un insetto difficile da uccidere che trasporta una neurotossina sarebbe lo scenario peggiore".

L'esatto animale che questa nona tossina botulinica dovrebbe colpire rimane sconosciuto. Il laboratorio di Gilmore continua ad espandere e studiare la sua collezione di isolati di enterococchi. "La maggior parte di ciò che sappiamo su Enterococcus proviene dai pochi ceppi che circolano in ospedale, " dice Lebreton. "È possibile che BoNT/En, o anche altre nuove tossine, risulteranno in altri enterococchi isolati in natura. Semplicemente non li abbiamo mai cercati prima".