Un progetto di ricerca congiunto con sede presso l'Università di Kumamoto, Il Giappone ha sviluppato un nuovo metodo analitico altamente sensibile in grado di rilevare agenti antibatterici -lattamici degradati utilizzati nel trattamento delle infezioni batteriche. Con questo metodo, i ricercatori hanno scoperto che le specie reattive dello zolfo prodotte dai batteri degradano e inattivano gli antibiotici β-lattamici.

I batteri sono diversi dalle cellule animali in quanto il loro strato esterno è ricoperto da una struttura rigida chiamata parete cellulare. Gli agenti antimicrobici -lattamici interferiscono con i processi che formano la parete cellulare. Ciò fa sì che i batteri non siano più in grado di resistere alla propria pressione interna, quindi si rompono e muoiono. Gli agenti antimicrobici -lattamici sono molto potenti perché inibiscono selettivamente la sintesi della parete cellulare batterica e hanno pochi effetti collaterali su ospiti come gli esseri umani. Questi agenti antimicrobici hanno una struttura comune chiamata anello β-lattamico, essenziale per inibire lo sviluppo della parete cellulare. Se questo anello è degradato, l'effetto antimicrobico scompare.

Precedenti studi hanno riportato che l'idrogeno solforato (H2S), che i batteri producono durante il metabolismo dello zolfo, riduce la loro suscettibilità agli agenti antimicrobici portando alla resistenza. Però, il meccanismo dettagliato che causa questo non è ancora compreso. I ricercatori dell'Università di Kumamoto avevano precedentemente dimostrato che la molecola cisteina persolfuro, una combinazione di H2S e l'aminoacido cisteina, ha un effetto antiossidante estremamente potente che non si trova solo nell'H2S o nella cisteina.

In questo studio, i ricercatori hanno esaminato come questa specie reattiva di zolfo sia coinvolta nell'acquisizione della resistenza agli antibiotici β-lattamici. Hanno scoperto che gli antibiotici β-lattamici come la penicillina G, ampicillina, e il meropenem (antibiotici carbapenemi) perdono rapidamente l'attività battericida se esposti al persolfuro di cisteina ma non con l'idrogeno solforato. Uno studio dettagliato della reazione tra gli agenti antimicrobici -lattamici e il persolfuro di cisteina ha rivelato che l'anello -lattamico, che è essenziale per l'azione battericida, si decompone e un atomo di zolfo viene inserito in una parte dell'anello creando acido carbotioico. La produzione di acido carbotioico da un agente antimicrobico -lattamico sembra essere un nuovo metabolita di degradazione.

I ricercatori hanno così sviluppato un metodo analitico altamente sensibile per rilevare e quantificare l'acido carbotioico utilizzando la spettrometria di massa, e poi ha analizzato la produzione di acido carbotioico da batteri che sono stati esposti ad antimicrobici β-lattamici. Hanno scoperto che i batteri possono assorbire gli agenti antimicrobici e utilizzare il persolfuro di cisteina per degradare gli agenti in acido carbotioico che viene poi scaricato. Si ritiene che questo sia un meccanismo di inattivazione e degradazione precedentemente non descritto degli agenti antimicrobici β-lattamici in acido carbotioico da parte del persolfuro di cisteina.

"Il nostro metodo analitico di nuova concezione consente di quantificare la quantità di acido carbotioico scaricato dai batteri con elevata sensibilità, " ha detto il professor Tomohiro Sawa, che ha condotto lo studio. "Riteniamo che sarà possibile eseguire lo screening di composti che inibiscono la sintesi batterica del persolfuro di cisteina utilizzando l'acido carbotioico come biomarcatore. Si prevede che un tale inibitore della sintesi del persolfuro di cisteina in combinazione con antibiotici β-lattamici inibisce la degradazione degli antibiotici e si traduce in trattamenti di successo con una minore concentrazione di antibiotici β-lattamici. Ciò dovrebbe anche aiutare a ridurre la comparsa di nuovi batteri resistenti".

Questa ricerca è stata pubblicata online in ACS Biologia Chimica il 30 marzo 2021.