Gli scienziati sono rimasti scioccati nello scoprire che l’E. coli si diffonde velocemente quanto l’influenza suina

Per la prima volta, i ricercatori del Wellcome Sanger Institute, dell’Università di Oslo, dell’Università di Helsinki, dell’Università di Aalto in Finlandia e i loro collaboratori sono stati in grado di stimare l’efficienza con cui una persona può trasmettere i batteri intestinali ad altri. Finora questo tipo di calcolo, che misura la velocità di trasmissione, era possibile soprattutto per i virus.

Monitoraggio dei ceppi pericolosi tra le popolazioni

Lo studio, pubblicato oggi (4 novembre) in Comunicazioni sulla naturaha esaminato tre chiavi Escherichia coli ceppi circolanti nel Regno Unito e in Norvegia. Due di questi ceppi sono resistenti a diverse classi comuni di antibiotici. Sono anche la causa più frequente di infezioni del tratto urinario e del flusso sanguigno in entrambi i paesi. I ricercatori suggeriscono che un migliore monitoraggio di questi ceppi potrebbe guidare le risposte della sanità pubblica e aiutare a prevenire epidemie di infezioni difficili da trattare.

A lungo termine, acquisire informazioni sui fattori genetici che aiutano Escherichia coli La diffusione potrebbe portare a terapie più mirate e ridurre la dipendenza dagli antibiotici ad ampio spettro. L’approccio sviluppato in questo studio potrebbe anche essere adattato per studiare altri agenti patogeni batterici e migliorare le strategie per la gestione delle infezioni invasive.

Escherichia coli è una delle principali cause di infezioni nel mondo.¹ Sebbene la maggior parte dei ceppi siano innocui e normalmente risiedano nell’intestino, i batteri possono entrare nel corpo attraverso il contatto diretto come i baci o mezzi indiretti come superfici condivise, cibo o spazi abitativi. Quando Escherichia coli si sposta in aree come il tratto urinario, può causare malattie gravi, inclusa la sepsi, soprattutto nelle persone con un sistema immunitario indebolito.

La resistenza agli antibiotici ha reso queste infezioni ancora più preoccupanti. Nel Regno Unito, oltre il 40% dei Escherichia coli le infezioni del sangue sono ora resistenti a un antibiotico chiave,² riflettendo una tendenza globale di aumento dei livelli di resistenza.

Applicazione delle metriche di trasmissione di stile virale ai batteri

Gli scienziati spesso descrivono quanto sia contagioso un agente patogeno utilizzando il numero di riproduzione di base, noto come R0. Questo numero stima quanti nuovi casi potrebbe causare una singola persona infetta. Viene generalmente applicato ai virus e aiuta a prevedere se un’epidemia si espanderà o diminuirà. Finora i ricercatori non erano riusciti ad assegnare un valore R0 ai batteri che normalmente colonizzano l’intestino, poiché spesso vivono nell’organismo senza provocare malattie.

Per superare questo problema, il team ha combinato i dati dello UK Baby Biome Study con le informazioni genomiche provenienti da Escherichia coli programmi di sorveglianza delle infezioni del sangue nel Regno Unito e in Norvegia, precedentemente compilati dal Wellcome Sanger Institute.

Utilizzando una piattaforma software chiamata ELFI³ (Engine for Likelihood-Free Inference), i ricercatori hanno costruito un nuovo modello in grado di stimare R0 per i tre principali Escherichia coli ceppi studiati.

I risultati hanno mostrato che un particolare ceppo, noto come ST131-A, può diffondersi tra le persone con la stessa rapidità di alcuni virus che hanno causato epidemie globali, inclusa l’influenza suina (H1N1). Ciò è particolarmente sorprendente perché Escherichia coli non si diffonde attraverso le goccioline trasportate dall’aria come lo sono i virus dell’influenza.

Gli altri due ceppi studiati, ST131-C1 e ST131-C2, sono resistenti a più classi di antibiotici ma si diffondono molto più lentamente tra individui sani. Tuttavia, negli ospedali e in altri ambienti sanitari, dove i pazienti sono più vulnerabili e i contatti sono frequenti, questi ceppi resistenti potrebbero diffondersi tra le popolazioni molto più velocemente.

Comprendere R0 per i batteri

Assegnare un valore R0 ai batteri apre le porte a una comprensione più chiara di come si diffondono le infezioni batteriche. Aiuta anche a identificare quali ceppi rappresentano la minaccia maggiore e potrebbe informare le strategie di sanità pubblica per proteggere meglio le persone con un sistema immunitario compromesso.

Fanni Ojala, M.Sc., co-primo autore presso l’Università di Aalto in Finlandia, ha spiegato: “Avendo una grande quantità di dati raccolti sistematicamente, è stato possibile costruire un modello di simulazione per prevedere R0 per Escherichia coli. Per quanto ne sappiamo, questa non è stata solo la prima volta per E. coli, ma il primo per tutti i batteri che vivono nel nostro microbioma intestinale. Ora che abbiamo questo modello, potrebbe essere possibile applicarlo ad altri ceppi batterici in futuro, permettendoci di comprendere, monitorare e, si spera, prevenire la diffusione di infezioni resistenti agli antibiotici”.

Il dottor Trevor Lawley, capogruppo presso il Wellcome Sanger Institute e co-responsabile dello studio UK Baby Biome, che non è stato coinvolto in questa ricerca, ha osservato: “Escherichia coli è uno dei primi batteri che possono essere trovati nell’intestino di un bambino e per capire come i nostri batteri modellano la nostra salute, dobbiamo sapere da dove iniziamo: ecco perché lo studio del Baby Biome nel Regno Unito è così importante. È bello vedere che i dati del nostro studio sul bioma del bambino nel Regno Unito vengono utilizzati da altri per scoprire nuove intuizioni e metodi che, si spera, andranno a beneficio di tutti noi”.

Una nuova lente sulla genetica batterica

Il professor Jukka Corander, autore senior del Wellcome Sanger Institute e dell’Università di Oslo, ha aggiunto: “Avere l’R0 per Escherichia coli ci permette di vedere la diffusione dei batteri nella popolazione in modo molto più chiaro e di confrontarla con altre infezioni. Ora che possiamo vedere quanto rapidamente si diffondono alcuni di questi ceppi batterici, è necessario comprenderne i fattori genetici. Comprendere la genetica di ceppi specifici potrebbe portare a nuovi modi per diagnosticarli e trattarli in ambito sanitario, il che è particolarmente importante per i batteri che sono già resistenti a più tipi di antibiotici”.

Il successo di questo studio si basa su ampi dati genomici provenienti dal Regno Unito e dalla Norvegia, tutti sequenziati presso il Wellcome Sanger Institute. Questi dati su larga scala hanno permesso di identificare in dettaglio i modelli di trasmissione. I set di dati provengono da studi precedenti pubblicati in Il microbo lanceolato,^4,5 che ha gettato le basi per la svolta modellistica raggiunta in questa nuova ricerca.

Note

1. Collaboratori della resistenza antimicrobica. (2022) “Onere globale della resistenza antimicrobica batterica nel 2019: un’analisi sistematica”. La Lancetta. DOI: 1016/S0140-6736(21)02724-0
2. Agenzia per la sicurezza sanitaria del Regno Unito. Nuovi dati mostrano 148 gravi infezioni resistenti agli antibiotici al giorno nel 2021. Disponibili su: https://www.gov.uk/government/news/new-data-shows-148-severe-antibiotic-sensitive-infections-a-day-in-2021#:~:text=Over%20two-fifths%20of%20E,as%20cefiderocol%20to%20identify%20resistance
3. ELFI può essere trovato: https://www.elfi.ai/
4. RA Gladstone, et al. (2021) “Emergenza e diffusione della resistenza antimicrobica nell’Escherichia coli che causa infezioni del flusso sanguigno in Norvegia nel 2002-2017: uno studio genomico sulla popolazione microbica longitudinale a livello nazionale” Microbo lanceolato. DOI: 10.1016/S2666-5247(21)00031-8.
5. AK Pontinen, et al. (2024) “Modulazione del successo di cloni multiresistenti in popolazioni di Escherichia coli: uno studio di coorte longitudinale, multinazionale, genomico e sull’uso di antibiotici” Microbo lanceolato. DOI: 10.1016/S2666-5247(23)00292-6.