Gli scienziati tracciano batteri che causano la polmonite mentre infettano il flusso sanguigno

La batteriemia può peggiorare nella sepsi, una condizione che rappresenta più di 1 su 3 decessi ospedalieri all’anno.

Eppure le persone vengono regolarmente esposte e combattono i batteri dall’ambiente senza che si verifichino questa serie mortale di eventi.

Gli scienziati stanno cercando di capire esattamente come i batteri si sono diffusi in tutto il corpo per causare infezioni sistemiche nella speranza di fermare questo processo nelle sue tracce.

Michael Bachman, MD, Ph.D., Professore clinico associato di patologia, microbiologia e immunologia presso la UM Medical School e l’ex postdoc Caitlyn Holmes, Ph.D., hanno cercato di risolvere questo mistero, concentrandosi su batteri Gram negativi come Klebsiella pneumoniaeuna fonte comune di batteriemia iniziata dalla polmonite.

In lavori precedenti, hanno stabilito che i batteri si sono diffusi in tre fasi: infezione di un sito iniziale, come i polmoni; ingresso nel flusso sanguigno; e infine, replicazione e evitamento della filtrazione da parte del fegato e della milza.

Tradizionalmente, analizzare un’infezione batterica viene eseguita coltivando il tessuto e contando il numero di batteri risultanti.

“Sperimentalmente, possiamo misurare la prima fase abbastanza facilmente in termini di come i batteri infettano i polmoni e possiamo misurare la terza fase abbastanza facilmente in termini di come i batteri sopravvivono in questi organi di filtro del sangue e se si replicano o meno. Ma quel passaggio dai polmoni e nel flusso sanguigno è stato tradizionalmente difficile da misurare”, ha detto Bachman.

Utilizzando un innovativo sistema in stile codici a barre sviluppato con colleghi dell’Università di Harvard, Bachman, Holmes e il loro team sono stati in grado di etichettare i batteri con snippet corti di DNA nei modelli di topo e utilizzare l’analisi del computer per tenere traccia del movimento di K. pneumoniae in tutto il corpo.

Si aspettavano che i batteri si sarebbero replicati nei polmoni fino a un tale punto che i loro cloni hanno sopraffatto le difese del polmone, riversandosi nel flusso sanguigno, dice Bachman.

E mentre vedevano questo tipo di diffusione – che chiamavano diffusione metastatica – c’erano anche prove di un altro tipo.

Inaspettatamente, “Circa la metà dei topi aveva il modello metastatico e l’altra metà conteneva batteri che sfuggono da soli nel flusso sanguigno senza la necessità di replicarsi prima in gran numero”, spiegò Bachman su questa seconda modalità, che chiamavano diffusione diretta.

Complessivamente, la via metastatica era correlata a un’infezione più forte rispetto alla via diretta.

Inoltre, nel tempo, l’infezione è progredita a più del modello metastatico.

“Dobbiamo comprendere la biologia di ciascuna di queste rotte per capire i migliori trattamenti”, ha affermato Bachman.

“C’è un mantra nella malattia infettiva che è trovare e trattare la fonte per fermare la batteriemia.”

Scoprire l’esistenza della via diretta può significare che i batteri stanno creando serbatoi di basso livello in altre parti del corpo che potrebbero essere meglio mirate a trattare le infezioni del sangue.

Inoltre, Holmes ha creato mutazioni in entrambi i K. pneumoniae e i topi che hanno influenzato la modalità di diffusione suggerendo che l’interazione tra i batteri e il sistema immunitario dell’ospite possono determinare l’esito dell’infezione.

“Il progetto è iniziato con una domanda molto semplice – in che modo i batteri lasciano i polmoni – di cui ora abbiamo fornito alcune informazioni, colmando un divario significativo nelle nostre conoscenze”, ha detto Holmes.