Pseudomonas *exoU* vs *exoS*: Vi svelo perché un tipo è più ‘tosto’ (e resistente) agli antibiotici!

Ciao a tutti, appassionati di scienza e microbiologia! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo microscopico, ma con implicazioni enormi per la nostra salute. Parliamo di un batterio che è un vero osso duro: Pseudomonas aeruginosa. Questo microrganismo è famoso, purtroppo, per causare infezioni difficili da trattare, specialmente in ospedale. Una delle sue “specialità” è la cheratite microbica (MK), un’infezione oculare bruttissima che può compromettere seriamente la vista. Pensate che è responsabile di tantissimi casi di cheratite legati all’uso di lenti a contatto!

Ma P. aeruginosa non è tutto uguale. Immaginatelo come un personaggio con due “personalità” principali, definite dalla presenza di due geni che si escludono a vicenda: exoU ed exoS. Questi geni producono delle tossine che il batterio usa per attaccare le nostre cellule, ma lo fanno in modi diversi.

Due facce della stessa medaglia: *exoU* ed *exoS*

Il gene exoU produce una tossina super potente, una fosfolipasi, che distrugge le cellule molto rapidamente. È associato a infezioni più acute e gravi. Diciamo che è il tipo “attacco frontale”.
Il gene exoS, invece, codifica per una proteina più subdola, con doppia funzione, che si intrufola nelle cellule e le porta alla morte più lentamente, per apoptosi. È più comune negli isolati da cheratite, ma forse meno “drammatico” nell’immediato rispetto a exoU.

Ora, la domanda che si sono posti i ricercatori (e che vi racconto oggi) è: c’è una differenza tra questi due “tipi” di Pseudomonas anche nella loro capacità di resistere agli antibiotici? Sappiamo già che la resistenza agli antibiotici è un problema gigantesco, e capire se uno di questi ceppi è più incline a svilupparla è fondamentale.

Lo studio: mettiamo alla prova i batteri

Un gruppo di scienziati ha preso 187 ceppi di P. aeruginosa isolati da pazienti con cheratite microbica, provenienti sia dall’Australia che dall’India. Hanno prima verificato con la PCR (una tecnica di biologia molecolare) quale gene avessero: exoU o exoS. Poi, hanno misurato la loro resistenza a quattro antibiotici comunemente usati per trattare queste infezioni:

• Due fluorochinoloni: ciprofloxacina e levofloxacina
• Due aminoglicosidi: gentamicina e tobramicina

Hanno determinato la Concentrazione Minima Inibente (MIC), cioè la quantità minima di antibiotico necessaria per bloccare la crescita del batterio. Più alta è la MIC, più resistente è il batterio.

Il risultato? Una differenza che salta all’occhio!

E qui arriva il bello! I risultati sono stati chiarissimi: i ceppi con il gene exoU erano significativamente più resistenti a tutti e quattro gli antibiotici rispetto a quelli con exoS. Guardate un po’ le percentuali di resistenza:

• Ciprofloxacina: 38.2% (exoU) vs 20.5% (exoS)
• Levofloxacina: 29.1% (exoU) vs 12.1% (exoS)
• Gentamicina: 40% (exoU) vs 23.5% (exoS)
• Tobramicina: 29.1% (exoU) vs 14.4% (exoS)

Queste differenze non sono piccole, sono statisticamente significative (p < 0.05 per tutti, per i più tecnici tra voi). Insomma, sembra proprio che avere il gene exoU vada a braccetto con una maggiore capacità di resistere ai farmaci. Ma perché?

Dentro il DNA: alla ricerca delle cause genetiche

Per capirci di più, i ricercatori hanno fatto un passo avanti: hanno sequenziato l’intero genoma di un sottogruppo di 39 ceppi (20 exoU e 19 exoS) per andare a caccia delle differenze genetiche responsabili di questa diversa resistenza. E hanno trovato parecchie cose interessanti!

Resistenza ai Fluorochinoloni: Mutazioni mirate e pompe difettose

Per resistere ai fluorochinoloni, i batteri usano principalmente due trucchi: modificano il bersaglio dell’antibiotico o lo pompano fuori dalla cellula prima che faccia danni.
I ricercatori hanno scoperto che i ceppi exoU avevano esclusivamente delle mutazioni specifiche in due geni chiave che sono il bersaglio dei fluorochinoloni: gyrA (mutazione Thr83Ile) e parC (mutazione Ser87Ile). Queste mutazioni rendono più difficile per l’antibiotico legarsi e funzionare. I ceppi exoS, invece, non le avevano!
Non solo: i ceppi exoU avevano anche più frequentemente mutazioni nei geni che regolano le “pompe di efflusso” (sistemi che espellono l’antibiotico dalla cellula), come mexZ, nalC e mexS. Avere queste pompe super attive o mal regolate aiuta il batterio a liberarsi del farmaco.
Interessante notare che alcuni ceppi exoS resistenti avevano altre mutazioni, diverse da quelle trovate negli exoU, suggerendo che anche loro possono sviluppare resistenza, ma forse per vie genetiche differenti.

Resistenza agli Aminoglicosidi: Geni “acquisiti” e altri trucchi

Anche per gli aminoglicosidi, i ceppi exoU avevano degli assi nella manica. Erano molto più propensi a possedere dei geni di resistenza “acquisiti”, cioè ottenuti da altri batteri, come aph(6)-Id (presente nel 55% degli exoU vs 0% degli exoS!) e aph(3’’)-Ib (60% vs 5.3%). Questi geni producono enzimi che modificano e inattivano l’antibiotico.
Inoltre, anche qui, mutazioni nei geni che regolano le pompe di efflusso (in particolare la pompa MexXY-OprM, importante per gli aminoglicosidi) e altri sistemi di regolazione (come armZ e parR) erano più comuni nei ceppi exoU e correlate alla resistenza.

Un sospetto inquietante: i ceppi *exoU* sono “ipermutatori”?

C’è un altro dato che mi ha colpito molto. I ricercatori hanno analizzato i geni del sistema di riparazione del DNA (Mismatch Repair System – MMR), in particolare mutL e mutS. Questo sistema corregge gli errori che avvengono durante la duplicazione del DNA. Se questo sistema è difettoso, il batterio inizia a mutare molto più frequentemente del normale (diventa un “ipermutatore”).
Ebbene, i ceppi exoU avevano significativamente più mutazioni in mutL (70% vs 15.8% negli exoS) e mutS (45% vs 5.3% negli exoS)! Questo suggerisce che i ceppi exoU potrebbero essere più inclini a mutare in generale. E cosa succede quando un batterio muta di più sotto la pressione degli antibiotici? Esatto, ha più probabilità di “inciampare” in una mutazione che gli conferisce resistenza! Infatti, il numero di mutazioni nei geni MMR era correlato al numero totale di mutazioni nei geni associati alla resistenza antibiotica. Questo potrebbe essere un fattore chiave che spiega perché i ceppi exoU accumulano più meccanismi di resistenza.

Un’occhiata alla geografia: India vs Australia

Lo studio ha anche notato una differenza geografica. I ceppi isolati in India erano generalmente più resistenti di quelli australiani. Questo sembra essere in parte dovuto al fatto che la proporzione di ceppi exoU (i più resistenti) era maggiore tra gli isolati indiani analizzati nel dettaglio (13 exoU su 19 totali sequenziati) rispetto a quelli australiani (7 exoU su 20). Questo ci ricorda come la resistenza sia un problema globale, ma con sfumature locali importanti.

Cosa ci portiamo a casa?

Questo studio ci lascia con un messaggio forte e chiaro: i ceppi di Pseudomonas aeruginosa che possiedono il gene exoU non solo sono potenzialmente più virulenti, ma sono anche significativamente più resistenti agli antibiotici comunemente usati, come fluorochinoloni e aminoglicosidi. Questa maggiore resistenza sembra legata a un “pacchetto” genetico specifico:

• Mutazioni caratteristiche nei geni bersaglio degli antibiotici (gyrA, parC).
• Maggiore frequenza di geni di resistenza acquisiti (aph).
• Diverse mutazioni nei regolatori delle pompe di efflusso.
• Una probabile tendenza all’ipermutazione dovuta a difetti nel sistema di riparazione del DNA (mutL, mutS).

Capire queste differenze è cruciale. Potrebbe aiutarci in futuro a scegliere terapie più mirate, magari basate sull’identificazione rapida del tipo di ceppo (exoU o exoS) che sta causando l’infezione. E ci ricorda, ancora una volta, quanto sia urgente combattere l’antibiotico-resistenza e usare questi preziosi farmaci con saggezza.

Spero che questo tuffo nella genetica batterica vi sia piaciuto! È incredibile come piccole differenze nel DNA possano avere conseguenze così grandi sulla “personalità” e sulla pericolosità di un microbo.

Fonte: Springer