Superbatteri: ecco l'editing genetico per “spegnere” la resistenza agli antibiotici

Non è un nuovo antibiotico, ma un tentativo di disarmare i batteri e renderli di nuovo attaccabili. I ricercatori dell'Università della California San Diego hanno appena decsritto un sistema basato su CRISPR, l'editing genetico, progettato per diffondersi tra i microbi e inattivare i geni che li rendono resistenti ai farmaci. Il punto di partenza è che molti geni di resistenza non sono “fissi”: spesso viaggiano su plasmidi, piccoli elementi di Dna che possono passare da un batterio all'altro. L'idea, quindi, è intercettare quel traffico e far circolare un meccanismo genetico capace di disattivare la resistenza proprio mentre i batteri si scambiano materiale genetico, diffondendo le nuove informazioni dentro la comunità e facendo prevalere la versione di nuovo sensibile agli antibiotici.

I risultati dello studio

Il principio richiama quello dei “gene drive” sperimentati negli insetti: nelle zanzare, CRISPR è stato usato per far propagare rapidamente in una popolazione un tratto genetico che ostacola la trasmissione di patogeni (o riduce la capacità riproduttiva dell'insetto), sfruttando le dinamiche con cui i caratteri si diffondono in natura. Qui lo stesso modo di pensare viene adattato ai batteri per eliminare la resistenza batterica agli antibiotici, che in Europa causa oltre 35mila morti ogni anno. Il filone di ricerca è iniziato nel 2019, quando il laboratorio di Ethan Bier, professore di Cell and Developmental Biology alla UC San Diego School of Biological Sciences, ha avviato una collaborazione con il gruppo di Victor Nizet, professore di Pediatrics e Pharmacy alla UC San Diego School of Medicine, per mettere a punto il concetto di “Pro-Active Genetics”: un cassette genetico basato su CRISPR capace di “tagliare fuori” dai plasmidi le istruzioni genetiche che conferiscono resistenza. A distanza di 7 anni il gruppo ha pubblicato uno studio sulla rivista del gruppo Nature Antimicrobials & Resistance che ha dimostrato, in sostanza, che il sistema può passare da batterio a batterio sfruttando un meccanismo naturale di scambio di DNA e, una volta arrivato nelle cellule “bersaglio” del modello utilizzato, riesce ad eliminare la resistenza. Dopo il trasferimento e l'attivazione del sistema, la presenza di batteri resistenti cala drasticamente: gli autori riportano una riduzione della prevalenza della resistenza di circa 3–5 ordini di grandezza (quindi da mille a centomila volte, a seconda delle condizioni sperimentali e del ceppo ricevente).

Le due strade per fermare i batteri

Nello studio CRISPR viene usato in due modi principali. Il primo è l'utilizzo di CRISPR per tagliare il gene di resistenza che si trova su un plasmide. Nel modello usato nello studio, i ricercatori fanno arrivare nel batterio CRISPR (Cas9 più la guida) e anche una breve sequenza di DNA progettata come stampo. Quando Cas9 taglia il gene di resistenza presente sul plasmide “bersaglio”, il batterio è costretto a riparare quella rottura. A quel punto, invece di richiudere il taglio in modo casuale, sfrutta lo stampo fornito dal sistema: durante la riparazione viene inserita nel gene di resistenza una piccola sequenza che lo interrompe. Il risultato è che il gene non produce più la proteina che dava resistenza e, almeno in laboratorio, i batteri tornano sensibili all'antibiotico. Oltre a spegnere il gene di resistenza, gli autori descrivono una delezione mirata (homology-based deletion). CRISPR taglia il DNA in una regione affiancata da due brevi sequenze identiche; durante la riparazione, il DNA si riallinea su queste “copie” e il tratto intermedio viene eliminato in blocco, come con una gomma che cancella solo la porzione selezionata. Ma come si riesce a consegnare CRISPR dentro i batteri? Il gruppo di Bier e Nizet ha mostrato due strade. La prima sfrutta un processo naturale che si può descrivere come una sorta di “accoppiamento” batterico: due cellule entrano in contatto e una trasferisce all'altra la porzione di DNA con CRISPR. La seconda chiama in causa i batteriofagi, virus che infettano i batteri e che, in prospettiva, potrebbero essere ingegnerizzati per consegnare componenti utili al sistema.

Le possibili applicazioni

Tra le applicazioni di questa tecnologia l'orizzonte è ampio, ma va letto con cautela perché siamo ancora al livello sperimentale. In prospettiva, si potrebbe intervenire in contesti dove le comunità batteriche sono difficili da eradicare e dove la resistenza trova terreno fertile: ambienti sanitari e superfici contaminate, ma anche serbatoi ambientali come acque reflue, allevamenti e acquacoltura. Molti batteri, invece di restare “liberi” in soluzione, si fissano a materiali come plastica, acciaio, silicone e tessuti biologici, producono una matrice appiccicosa e costruiscono un biofilm: una comunità organizzata che funziona come una pellicola protettiva. Il sistema progettato può operare all'interno di un biofilm, sfruttando il trasferimento cellula-a-cellula. Gli stessi autori richiamano l'idea di un possibile utilizzo anche nell'ingegneria del microbioma, cioè nel tentativo di modificare selettivamente certe funzioni batteriche senza “radere al suolo” l'ecosistema con antibiotici ad ampio spettro. In ogni caso, qualunque traduzione pratica richiederà passaggi rigorosi su sicurezza, controllo della diffusione e rischio di “vie di fuga” evolutive.

L'impiego negli ospedali

Se l'approccio reggerà alla prova di ambienti reali, molto più complessi del laboratorio, potrebbe aprire una strada nuova: negli ospedali, ad esempio, risponderebbe ad un bisogno crescente di strumenti capaci di ridurre la circolazione di batteri resistenti nei reparti e sulle superfici critiche, dove le infezioni correlate all'assistenza continuano a pesare in modo significativo. Nell'ultima indagine dell'European Centre for Disease Prevention and Control “point prevalence” negli ospedali per acuti europei, la prevalenza di pazienti con almeno un'infezione correlata all'assistenza è stimata al 6,3%, un ordine di grandezza che equivale a circa 4,3 milioni di pazienti colpiti ogni anno nell'UE. In Italia, la stessa fonte stima un ordine di grandezza di circa 429mila pazienti coinvolti all'anno. Le sedi più frequenti sono quelle che pesano di più anche su sale operatorie e terapie intensive: infezioni respiratorie (incluse le polmoniti), urinarie, infezioni del sito chirurgico e batteriemie.