Un nuovo studio dimostra che i batteri possono essere indotti con l’inganno a inviare segnali di morte per fermare la crescita delle loro viscide abitazioni protettive che portano a infezioni mortali.
La scoperta dei ricercatori della Washington State University potrebbe un giorno essere sfruttata come alternativa agli antibiotici per il trattamento delle infezioni difficili. Segnalazione sul giornale, Biofilmi ricercatori hanno utilizzato i messaggeri, che hanno chiamato vescicole extracellulari della morte (D-EV), per ridurre la crescita delle comunità batteriche fino al 99,99% negli esperimenti di laboratorio.
“Aggiungendo le vescicole extracellulari della morte all’ambiente batterico, stiamo in qualche modo ingannando le cellule batteriche”, ha detto Mawra Gamal Saad, primo autore dell’articolo e studente laureato alla Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering della WSU. “Le cellule non sanno che tipo di veicoli elettrici sono, ma li assumono perché sono abituati a prenderli dal loro ambiente e, con ciò, i segnali fisiologici all’interno delle cellule cambiano dalla crescita alla morte.”
La resistenza batterica è un problema crescente in tutto il mondo. Secondo i Centri statunitensi per il controllo delle malattie, negli Stati Uniti ogni anno almeno 2 milioni di infezioni e 23.000 decessi sono attribuibili a batteri resistenti agli antibiotici. Quando i medici usano antibiotici per trattare un’infezione batterica, alcuni batteri possono nascondersi all’interno del loro habitat viscido e difficile da penetrare chiamato biofilm. Queste sottopopolazioni di cellule resistenti possono sopravvivere al trattamento e sono in grado di crescere e moltiplicarsi, provocando infezioni croniche.
“Sono resistenti perché hanno un sistema adattivo molto avanzato e ben organizzato”, ha detto Saad. “Una volta che c’è un cambiamento nell’ambiente, possono adattare molto rapidamente i loro percorsi intracellulari e modificarli per resistere agli antibiotici.”
Nel loro nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che le vescicole extracellulari sono fondamentali per gestire la crescita del biofilm protettivo. Le vescicole, minuscole bolle da 30 a 50 nanometri o circa 2.000 volte più piccole di una ciocca di capelli, trasportano molecole dalle cellule, entrando e quindi riprogrammando le cellule vicine e agendo come un sistema di comunicazione cellula-cellula.
Nell’ambito di questo studio, i ricercatori hanno estratto le vescicole da un tipo di batterio che causa la polmonite e altre infezioni gravi. Hanno determinato che i batteri inizialmente secernono vescicole, chiamate EV di crescita, con le istruzioni per far crescere il suo biofilm, e poi in seguito, a seconda dei nutrienti disponibili, della disponibilità di ossigeno e di altri fattori, inviano EV con nuove istruzioni per fermare la crescita del biofilm.
I ricercatori sono riusciti a sfruttare le vescicole con le istruzioni per fermare la crescita e usarle per ingannare i batteri e uccidere il biofilm in tutte le fasi della sua crescita. Anche quando i biofilm erano sani e in rapida crescita, seguivano le nuove istruzioni degli EV di morte e morivano. Gli EV della morte possono facilmente penetrare nel biofilm perché sono prodotti naturali secreti dai batteri e hanno la stessa struttura della parete cellulare, quindi le cellule non li riconoscono come un nemico estraneo.
“Imbrogliando i batteri con questi EV mortali, possiamo controllare il loro comportamento senza dare loro la possibilità di sviluppare resistenza”, ha detto Saad. “Il comportamento del biofilm è semplicemente cambiato dalla crescita alla morte.”
Il professore della WSU e autore corrispondente Wen-Ji Dong, che studia le vescicole da diversi anni, inizialmente pensava che tutte le vescicole secrete dai batteri avrebbero promosso la crescita cellulare. I ricercatori sono rimasti sorpresi quando hanno scoperto che i biofilm più vecchi fornivano istruzioni su come spegnersi.
“Così ora stiamo prestando attenzione alle vescicole extracellulari secrete dai biofilm più vecchi perché hanno un potenziale terapeutico”, ha detto.
I ricercatori stanno richiedendo finanziamenti per la ricerca al National Institutes of Health per continuare a studiare esattamente come funzionano i messaggeri e quanto bene il processo funziona con altri tipi di batteri o funghi. Stanno lavorando con l’Ufficio di Commercializzazione della WSU e hanno richiesto un brevetto provvisorio.
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