Staphylococcus aureus i batteri sono una delle principali cause di gravi infezioni che spesso persistono nonostante il trattamento antibiotico, ma gli scienziati della UNC School of Medicine hanno ora scoperto un modo per rendere questi batteri molto più suscettibili ad alcuni comuni antibiotici.

Gli scienziati, in uno studio pubblicato su Biologia chimica cellulare , scoperto che l'aggiunta di molecole chiamate ramnolipidi può produrre antibiotici aminoglicosidici, come la tobramicina, centinaia di volte più potente contro S. aureus - compresi i ceppi che altrimenti sarebbero molto difficili da uccidere. I ramnolipidi allentano efficacemente le membrane esterne di S. aureus cellule in modo che le molecole di aminoglicosidi possano penetrarvi più facilmente.

"C'è un grande bisogno di nuovi modi per uccidere i batteri che tollerano o resistono agli antibiotici standard, e a tal fine abbiamo scoperto che l'alterazione della permeabilità della membrana per indurre l'assorbimento degli aminoglicosidi è una strategia estremamente efficace contro il S. aureus , ", ha affermato l'autore senior dello studio Brian Conlon, dottorato di ricerca, un assistente professore nel dipartimento di microbiologia e immunologia presso la UNC School of Medicine.

I Centri statunitensi per il controllo delle malattie hanno stimato che nel 2017 erano più di 119, 000 casi di gravi infezioni da stafilococco del sangue negli Stati Uniti, di cui più di 20, 000 sono stati fatali.

Trattamenti standard per molti ceppi di S. aureus non uccidere i batteri, o perché i batteri hanno acquisito geneticamente una specifica resistenza agli antibiotici o perché crescono nel corpo in un modo che li rende intrinsecamente meno vulnerabili. Per esempio, S. aureus può adattare il suo metabolismo per sopravvivere nelle zone a basso contenuto di ossigeno negli ascessi o nei polmoni pieni di muco di persone con fibrosi cistica. In questi ambienti, la parete esterna o la membrana batterica diventa relativamente impermeabile agli aminoglicosidi, come la tobramicina.

Conlon e colleghi, tra cui la prima autrice Lauren Radlinski, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio Conlon, trovato in uno studio del 2017 che i ramnolipidi migliorano notevolmente la potenza della tobramicina contro i ceppi di test standard di S. aureus . I ramnolipidi sono piccole molecole prodotte da un'altra specie batterica, Pseudomonas aeruginosa, e si pensa che sia una delle armi naturali di P. aeruginosa contro altri batteri in natura. Ad alte dosi creano buchi nelle membrane cellulari dei batteri rivali. I ricercatori dell'UNC hanno scoperto che i ramnolipidi aumentano notevolmente l'assorbimento delle molecole di tobramicina, anche a basse dosi dove non hanno un effetto antibatterico indipendente.

Nel nuovo studio, Conlon, Radlinski e colleghi hanno testato le combinazioni ramnolipide-tobramicina contro S. aureus popolazioni particolarmente difficili da uccidere nella pratica clinica ordinaria. I ricercatori hanno scoperto che i ramnolipidi aumentano la potenza della tobramicina contro:

• S. aureus crescere in nicchie a basso contenuto di ossigeno;
• MRSA (resistente alla meticillina S. aureus ), che sono una famiglia di pericolosi S. aureus varianti con resistenza al trattamento acquisita geneticamente;
• resistente alla tobramicina S. aureus ceppi isolati da pazienti con fibrosi cistica;
• e forme "persistenti" di S. aureus che normalmente hanno una ridotta suscettibilità agli antibiotici perché crescono così lentamente.

Radlinski ha detto, "Dosi di tobramicina che normalmente avrebbero poco o nessun effetto su questi S. aureus le popolazioni li uccisero rapidamente quando combinati con i ramnolipidi".

Conlon, Radlinski, e colleghi hanno determinato che i ramnolipidi anche a basse dosi alterano la S. aureus membrana in modo da renderla molto più permeabile agli aminoglicosidi. Ogni antibiotico di questa famiglia che hanno testato, inclusa la tobramicina, gentamicina, amikacina, neomicina, e kanamicina - aveva potenziato la sua potenza. Gli esperimenti hanno mostrato, Inoltre, che questa strategia di potenziamento della potenza è efficace non solo contro S. aureus ma diverse altre specie batteriche, compreso Clostridioides difficile (C-diff), che è una delle principali cause di gravi, malattia diarroica spesso fatale tra gli anziani e i pazienti negli ospedali.

I ramnolipidi sono disponibili in molte varianti, e gli scienziati ora sperano di determinare se esiste una variante ottimale che funziona potentemente contro altri batteri mentre ha un effetto tossico minimo o nullo sulle cellule umane. Il team prevede anche di studiare altre armi microbiche contro microbi per trovare nuovi modi per aumentare la potenza degli antibiotici esistenti.

"C'è un numero enorme di interazioni interspecie batteriche che potrebbero influenzare il funzionamento dei nostri antibiotici, " ha detto Radlinski. "Miriamo a trovarli con l'obiettivo finale di migliorare l'efficacia delle attuali terapie e rallentare l'aumento della resistenza agli antibiotici".