Per definizione, gli antibiotici uccidono i batteri. Tuttavia, I ricercatori della TU Delft sono riusciti a ingegnerizzare i batteri per produrre quantità promettenti di un semplice antibiotico carbapenemico. Gli antibiotici carbapenemi sono efficaci contro molti batteri e di solito vengono utilizzati solo quando altri antibiotici falliscono. Attualmente sono prodotti solo sinteticamente, un processo costoso che porta anche a rifiuti chimici. Questa ricerca suggerisce che utilizzando i batteri come "fabbriche viventi, "i carbapenemi potrebbero anche essere prodotti biologicamente.

Gli antibiotici sono tutti intorno a noi. Se scavi una manciata di terra da un giardino a caso, è probabile che contenga un antibiotico ancora sconosciuto. I microbi producono naturalmente piccole quantità di composti che uccidono i batteri per proteggersi da altri microbi. Sfortunatamente, non siamo in grado di produrre molti degli antibiotici che si possono trovare in natura, ad esempio perché gli organismi che li producono non cresceranno in laboratorio o in un fermentatore.

Resistenza crescente

Ora, molti dei nostri attuali antibiotici stanno diventando meno efficaci. I batteri resistenti a molte famiglie di antibiotici si stanno rapidamente diffondendo. Uno degli antibiotici efficaci di ultima istanza sono i cosiddetti carbapenemi. "Questi antibiotici interrompono la formazione della parete cellulare, alla fine facendo esplodere i batteri, " spiega la ricercatrice Helena Shomar, che ha guidato il progetto.

Però, anche i carbapenemi hanno i loro svantaggi. Per esempio, non possono essere prodotti attraverso la fermentazione microbica, ma solo attraverso la chimica di sintesi. Di conseguenza, i carbapenemi sono costosi, e lo sviluppo di nuove varianti è limitato. "La produzione sintetica di carbapenemi è dannosa anche per l'ambiente, poiché alla fine del processo rimarrai con i rifiuti chimici, " aggiunge il capogruppo Greg Bokinsky.

Fabbriche microbiche

I ricercatori di Delft hanno escogitato una soluzione controintuitiva per questi problemi. Hanno progettato i batteri E. coli per produrre Car, un antibiotico carbapenemico relativamente semplice. "Fare così, abbiamo preso in prestito i pochi geni noti per essere responsabili della produzione di Car da un altro batterio chiamato P. carotovorum, " dice Shomar. "Abbiamo poi introdotto questi geni in E. coli".

L'introduzione dei geni Car in E. coli ha portato i batteri a produrre l'antibiotico, ma solo in piccole quantità. Shomar:"Per dimostrare che questo approccio potrebbe eventualmente consentire la produzione di massa di carbapenemi, avevamo bisogno del nostro E. coli per generare di più".

Sono stati necessari due passaggi aggiuntivi per aumentare la produzione. Il collo di bottiglia più significativo era un enzima inefficiente. I ricercatori hanno introdotto un gene aggiuntivo in E. coli per produrre una proteina che aiuta questo enzima a diventare più attivo.

Un'altra limitazione erano gli effetti tossici dell'antibiotico sui batteri ingegnerizzati di E. coli. Hanno prodotto così tante auto che la popolazione ha iniziato a morire molto rapidamente. Per ritardare il più possibile la morte dei microbi, i ricercatori li hanno resi artificialmente persistenti. "I batteri persistenti non crescono, che permette loro di sopravvivere più a lungo in presenza di questi antibiotici, " spiega Shomar. La tecnica ha mantenuto i batteri produttivi per un po' più a lungo, permettendo loro di generare più auto.

Gli E. coli ingegnerizzati sono una prova del concetto. "Anche se l'idea suona controintuitiva, la nostra ricerca suggerisce che E. coli ha il potenziale per produrre carbapenemi, "dice Shomar.

La quantità di carbapenemi prodotta dall'ingegneria E. coli - circa 54 milligrammi per litro - è davvero promettente, ma non abbastanza per la produzione di massa. "Però, con una manciata di passaggi aggiuntivi, potremmo essere in grado di utilizzare questo metodo per produrre carbapenemi più complessi, in quantità compatibili con la produzione di massa, "dice Bokinsky.

E quanto tempo ci vorrà prima che vengano presi questi passaggi aggiuntivi? "Da cinque a dieci anni sarebbe la mia stima ottimistica, " dice Bokinsky. "Ma perché questo accada, un team di circa 10 ricercatori che lavorano in parallelo dovrebbe lavorarci a tempo pieno".