Superbatteri nelle Fogne: Un Viaggio Globale nella Resistenza agli Antibiotici nei Depuratori
Avete mai pensato a cosa succede davvero alle acque che scarichiamo ogni giorno? Io sì, e vi assicuro che è un mondo affascinante e, per certi versi, preoccupante. Parliamo di resistenza agli antibiotici, una delle minacce più serie per la nostra salute a livello globale. E indovinate un po’? Gli impianti di trattamento delle acque reflue (quelli che chiamiamo comunemente depuratori, o WWTPs in gergo tecnico) sono diventati dei veri e propri “punti caldi”, dei serbatoi enormi per i geni che conferiscono questa resistenza (i cosiddetti ARGs, Antibiotic Resistance Genes).
Recentemente, ho avuto modo di approfondire i risultati di uno studio pazzesco, una vera e propria spedizione scientifica globale. Immaginate un team di ricercatori, il Global Water Microbiome Consortium (GWMC), che coordina la raccolta, l’analisi e il sequenziamento del DNA da campioni di fanghi attivi provenienti da 226 impianti sparsi in 142 città, attraverso sei continenti! Il tutto usando protocolli identici, per essere sicuri di poter confrontare i dati senza “interferenze”. L’obiettivo? Capire come sono distribuiti questi geni di resistenza nel mondo, chi li trasporta e cosa ne influenza la diffusione. E i risultati, pubblicati su Nature Communications, sono davvero illuminanti.
Un Mondo Sommerso di Geni Resistenti
La prima cosa che salta all’occhio è la straordinaria diversità di questi geni di resistenza nei fanghi attivi dei depuratori. Ne abbiamo trovati ben 179 tipi diversi, capaci di contrastare 15 classi differenti di antibiotici. Pensate, è come uno zoo microscopico della resistenza! Ma non solo: nonostante questa varietà, c’è anche una sorta di “nucleo duro”. Abbiamo identificato un gruppo di 20 geni di resistenza fondamentali presenti praticamente in *tutti* i campioni analizzati, dall’Africa all’Asia, dall’Europa alle Americhe. Questi 20 “super-geni” da soli rappresentano quasi l’84% dell’abbondanza totale di ARGs trovati. Tra i più comuni, ci sono quelli che proteggono i batteri da Tetracicline, Beta-lattamici (come la penicillina) e Glicopeptidi (come la vancomicina).
Ma la storia non è uguale dappertutto. Se l’abbondanza totale di questi geni non cambia significativamente da un continente all’altro, la loro composizione sì. Ogni continente sembra avere una sua “firma” specifica per quanto riguarda i tipi di geni presenti. L’Asia, ad esempio, mostra una ricchezza (cioè un numero di tipi diversi) di ARGs significativamente più alta rispetto ad altri continenti. Inoltre, confrontando il “resistoma” (l’insieme dei geni di resistenza) dei depuratori con quello di altri ambienti, abbiamo visto che è molto diverso da quello che troviamo nel nostro intestino o negli oceani, ma è sorprendentemente simile a quello delle acque fognarie non trattate e dei suoli. Questo suggerisce una forte connessione tra questi ambienti: le fogne sono l’ingresso dei depuratori, e il suolo può contribuire, specialmente dove le fognature raccolgono anche l’acqua piovana.
Chi Sono i Colpevoli? Batteri e Geni a Braccetto
Una delle domande chiave era: ma chi si porta in giro questi geni? Sono batteri specifici? La risposta è un sonoro sì. Abbiamo scoperto una correlazione fortissima tra la composizione della comunità batterica presente nei fanghi attivi e il tipo di geni di resistenza trovati. È come se la “popolazione” batterica determinasse in gran parte quali geni di resistenza possono prosperare lì.
Per andare più a fondo, abbiamo usato tecniche avanzate per ricostruire i genomi dei microbi presenti nei campioni (i cosiddetti Metagenome-Assembled Genomes, o MAGs). Ne abbiamo recuperati oltre 1100 di alta qualità! Analizzandoli, abbiamo potuto vedere quali gruppi batterici fossero i principali “portatori” di ARGs. E chi sono i protagonisti? Principalmente batteri appartenenti ai phyla Chloroflexi, Acidobacteria e Deltaproteobacteria. Anche i Bacteroidetes e i Proteobacteria, già noti in studi precedenti su scala locale, si confermano attori importanti. Questi gruppi sembrano essere particolarmente bravi a ospitare e forse scambiare questi geni, magari perché sono più adattabili agli ambienti ricchi di antibiotici o perché possiedono meccanismi efficienti per il trasferimento genico. Addirittura, abbiamo identificato 28 di questi MAGs come potenziali patogeni per l’uomo, che portavano con sé anche fattori di virulenza oltre ai geni di resistenza. Un cocktail potenzialmente pericoloso.
Come si Diffondono? Gli ‘Autobus’ Genetici
Un altro pezzo fondamentale del puzzle è capire come questi geni passano da un batterio all’altro. Qui entrano in gioco gli elementi genetici mobili (MGEs): pezzi di DNA come plasmidi e trasposoni che possono spostarsi da una cellula all’altra, portando con sé i geni che contengono. Sono i veri e propri “autobus” per i geni di resistenza.
Nello studio, abbiamo cercato e quantificato anche questi MGEs. E cosa abbiamo trovato? Una correlazione positiva: più MGEs ci sono, più geni di resistenza troviamo, e più tipi diversi di geni di resistenza sono presenti. Non solo, abbiamo visto che l’abbondanza totale di ARGs è correlata positivamente con l’abbondanza di MGEs trovati nelle loro vicinanze sul DNA. Questo rafforza l’idea che gli MGEs siano cruciali per la diffusione della resistenza.
Ma la scoperta forse più sorprendente riguarda la “mobilità” potenziale di questi geni. Analizzando i MAGs, abbiamo cercato geni di resistenza identici o quasi presenti in specie batteriche diverse. Questo è un forte indizio di un recente trasferimento orizzontale (il passaggio di geni tra batteri non imparentati). Ebbene, circa il 29% dei cluster di ARGs identificati erano presenti in più specie batteriche, coprendo il 54% di tutte le sequenze di ARGs trovate nei MAGs! Questa percentuale è notevolmente più alta di quella osservata, ad esempio, nel microbioma intestinale umano (dove si stima sia intorno al 10%). Sembra che i fanghi attivi, con la loro alta densità batterica e la continua miscelazione, siano un ambiente particolarmente favorevole per lo scambio di geni. I batteri del phylum Bacteroidetes sembrano essere particolarmente coinvolti in questi scambi. E quali geni amano “viaggiare” di più? Quelli che conferiscono resistenza ai glicopeptidi e ai macrolidi-lincosamidi-streptogramine sembrano essere più frequentemente associati a questi eventi di trasferimento.
Caso o Causa? Cosa Modella Questi ‘Resistomi’?
Ma allora, cosa determina la presenza e l’abbondanza di questi geni nei depuratori di tutto il mondo? È solo una questione di caso, di processi stocastici come scambi genetici casuali e derive genetiche? O ci sono fattori ambientali specifici, deterministici, che giocano un ruolo chiave?
L’analisi suggerisce che la risposta sia… entrambe le cose. I modelli statistici indicano che una parte significativa della variazione osservata nei resistomi sembra essere dovuta a processi stocastici. Una grossa fetta della variabilità (circa il 67%) non è spiegata dalle variabili ambientali misurate o dalla distanza geografica. Questo è in linea con studi precedenti che mostravano l’importanza della stocasticità nell’assemblaggio delle comunità batteriche nei fanghi attivi.
Tuttavia, non possiamo ignorare i fattori deterministici. Alcune variabili ambientali mostrano correlazioni significative con l’abbondanza di ARGs. Ad esempio, la temperatura e la popolazione della città servita dall’impianto mostrano una correlazione positiva: più alta la temperatura o più grande la città, maggiore tende ad essere l’abbondanza di geni di resistenza. Al contrario, fattori come il pH o il tempo di ritenzione dei solidi nell’impianto mostrano correlazioni negative. La temperatura, in particolare, sembra avere sia un effetto diretto che indiretto (influenzando la comunità batterica, che a sua volta influenza i geni di resistenza). Temperature più alte potrebbero facilitare la crescita batterica, gli scambi genetici e il turnover della comunità. Una popolazione più numerosa potrebbe significare un maggior uso di antibiotici e quindi un maggior carico nelle acque reflue.
Curiosamente, a differenza di quanto osservato in altri studi (ad esempio sulle acque fognarie), non abbiamo trovato una correlazione significativa tra l’abbondanza di ARGs e fattori socio-economici come il PIL pro capite del paese o il consumo nazionale di antibiotici. Questo potrebbe suggerire che le concentrazioni di antibiotici nei fanghi attivi non siano sempre abbastanza alte da esercitare una forte pressione selettiva, oppure che i dati sul consumo di antibiotici a livello nazionale siano troppo generici per cogliere l’impatto locale.
Perché Tutto Questo Ci Riguarda?
Questo studio globale ci offre una fotografia senza precedenti della situazione dei geni di resistenza agli antibiotici nei depuratori di tutto il mondo. Conferma che questi impianti sono serbatoi ambientali cruciali per gli ARGs e potenziali “palestre” dove la resistenza può evolvere e diffondersi. La diversità è enorme, la distribuzione è globale ma con caratteristiche regionali, e la mobilità di questi geni è sorprendentemente alta.
Capire la dinamica di questi geni, chi li porta, come si spostano e cosa ne influenza la presenza è fondamentale per valutare i rischi per la salute pubblica e per sviluppare strategie di mitigazione. Sebbene i processi casuali sembrino giocare un ruolo importante, fattori come la temperatura e la densità di popolazione sono leve su cui forse potremmo, in futuro, agire o che dobbiamo monitorare attentamente. Questo lavoro, frutto di uno sforzo internazionale coordinato e metodologicamente rigoroso, fornisce una base solida per future ricerche e, speriamo, per azioni concrete volte a contrastare la minaccia globale dell’antibiotico-resistenza. Il viaggio nel mondo sommerso dei nostri scarichi è appena iniziato, e ci ricorda quanto siamo tutti interconnessi, anche attraverso le tubature.
Fonte: Springer
