Gli antibiotici possono essere salvavita per le persone che soffrono di gravi infezioni batteriche come polmonite e meningite. I farmaci sono letali per i batteri, ma alcuni batteri reagiscono sviluppando resistenza agli antibiotici, e pochi non solo resistono all'assalto, ma trasforma le droghe letali in cibo.

Gli scienziati hanno capito poco su come i batteri riescano a consumare gli antibiotici in modo sicuro, ma una nuova ricerca della Washington University School of Medicine di St. Louis illumina i passaggi chiave del processo.

Le scoperte, pubblicato il 30 aprile in Natura chimica biologia , potrebbe portare a nuovi modi per eliminare gli antibiotici dalla terra e dall'acqua, hanno detto i ricercatori. La contaminazione ambientale da antibiotici promuove la resistenza ai farmaci e mina la nostra capacità di trattare le infezioni batteriche.

"Dieci anni fa ci siamo imbattuti nel fatto che i batteri possono mangiare gli antibiotici, e tutti ne rimasero scioccati, ", ha affermato l'autore senior Gautam Dantas, dottorato di ricerca, professore associato di patologia e immunologia, di microbiologia molecolare, e di ingegneria biomedica. "Ma ora sta cominciando ad avere un senso. È solo carbonio, e ovunque ci sia carbonio, qualcuno scoprirà come mangiarlo. Ora che abbiamo capito come fanno questi batteri, possiamo iniziare a pensare a come usare questa capacità per sbarazzarci degli antibiotici dove stanno causando danni".

La resistenza ai farmaci è un problema serio e in peggioramento che minaccia di riportare le cure mediche a un'epoca in cui gli antibiotici non erano ancora stati scoperti e le malattie infettive erano la prima causa di morte in tutto il mondo.

Le moderne pratiche industriali e agricole stanno accelerando l'aumento della resistenza agli antibiotici saturando l'ambiente con farmaci attivi. In India e Cina, che insieme producono la stragrande maggioranza degli antibiotici del mondo, le fabbriche farmaceutiche a volte scaricano rifiuti carichi di antibiotici nei corsi d'acqua locali. Negli Stati Uniti, alcuni allevatori aggiungono antibiotici ai loro mangimi per aiutare il loro bestiame a crescere, che produce rifiuti carichi di droga.

I batteri condividono facilmente il materiale genetico. Quindi, quando gli antibiotici si infiltrano nell'acqua e nel suolo, i batteri residenti rispondono diffondendo geni di resistenza agli antibiotici attraverso la comunità.

Dantas, ricercatore post-dottorato e primo autore Terence Crofts, dottorato di ricerca, e colleghi volevano capire come alcuni batteri ambientali non solo resistono agli antibiotici, ma nutriti di loro. Hanno studiato quattro specie lontanamente imparentate di batteri del suolo che prosperano tutte con una dieta a base di sola penicillina. La penicillina è stato il primo antibiotico scoperto, ma è caduto in disgrazia a causa della resistenza. Altri membri della famiglia delle penicilline come amoxicillina e ampicillina sono ancora efficaci e ampiamente prescritti per il trattamento delle infezioni batteriche.

I ricercatori hanno trovato tre distinti gruppi di geni che sono diventati attivi mentre i batteri mangiavano penicillina ma inattivi mentre i batteri mangiavano zucchero. I tre gruppi di geni corrispondono ai tre passaggi che i batteri compiono per trasformare un composto letale in un pasto.

Tutti i batteri iniziano neutralizzando la parte pericolosa dell'antibiotico. Una volta disarmata la tossina, tagliano una porzione gustosa e la mangiano.

Comprendere i passaggi coinvolti nella conversione di un antibiotico in cibo potrebbe aiutare i ricercatori a creare bioingegneri batterici per ripulire il suolo e i corsi d'acqua contaminati da farmaci e quindi rallentare la diffusione della resistenza ai farmaci. I batteri del suolo che mangiano naturalmente gli antibiotici sono schizzinosi e difficili da lavorare. Ma una specie più trattabile come l'E. coli potrebbe essere potenzialmente progettata per nutrirsi di antibiotici in terreni o acque inquinati.

Crofts e Dantas hanno dimostrato di poter dare a E. coli la capacità di sopravvivere e prosperare con la penicillina. Il batterio normalmente richiede zucchero, ma con qualche modificazione genetica e l'aggiunta di una proteina chiave, è fiorito su una dieta senza zucchero di penicillina.

"Con un po' di ingegneria intelligente, potremmo essere in grado di modificare i batteri per abbattere gli antibiotici nell'ambiente, " Disse Croft.

Qualsiasi progetto di bioingegneria di questo tipo dovrebbe includere un piano per accelerare il processo di consumo di antibiotici. Il modo in cui i batteri del suolo rimuovono naturalmente gli antibiotici dall'ambiente è efficace ma lento. Non potrebbero assolutamente gestire le quantità di antibiotici vicino alle fabbriche farmaceutiche e nelle strutture fognarie.

"Oggi non puoi semplicemente bagnare un campo con questi batteri del suolo e aspettarti che ripuliscano tutto, "Dantas ha detto. "Ma ora sappiamo come lo fanno. È molto più facile migliorare qualcosa che hai già che provare a progettare un sistema da zero."