I fagemidi aiutano a combattere le superinfezioni batteriche

Particelle ingegnerizzate note come fagemidi

sono stati creati per combattere le infezioni batteriche, con grande efficacia, eliminando gli effetti collaterali dannosi dei trattamenti più tradizionali.

L'aumento globale della resistenza agli antibiotici è una crescente minaccia per la salute pubblica, danneggiando la capacità di combattere infezioni mortali come la tubercolosi.

C'è di più : gli sforzi per sviluppare nuovi antibiotici non tengono il passo con questa crescita della resistenza microbica,e la conseguente necessità urgente di nuovi approcci per affrontare l'infezione batterica.

I ricercatori del MIT, il Broad Institute del MIT e di Harvard, e l’Harvard University hanno sviluppato un nuovo mezzo per uccidere i batteri nocivi. I ricercatori hanno progettato particelle, note come "fagemidi, " in grado di produrre tossine letali per i batteri bersaglio.

Batteriofagi - cioè virus che infettano e uccidono i batteri - sono stati utilizzati per molti anni per trattare l'infezione in paesi come quelli dell’ex Unione Sovietica. A differenza dei tradizionali antibiotici ad ampio spettro, questi virus hanno come bersaglio specifici batteri senza danneggiare la microflora normale del corpo.

I batteriofagi possono anche causare effetti collaterali potenzialmente dannosi, -secondo James Collins e, Termeer professore di Ingegneria Medica e della Scienza presso il Dipartimento di Ingegneria Biologica e Istituto di Ingegneria Medica e Scienza del MIT-, che hanno guidato la ricerca.

"I batteriofagi uccidono i batteri, -spiega Collins - provocando la lisi della cellula, o facendoli scoppiare. Ma questo è un problema, giacché può portare al rilascio di tossine nocive dalla cellula.

Queste tossine possono causare sepsi e , in alcuni casi, anche la morte.”

Uno scoppio dolce

In precedenti ricerche, Collins e i suoi colleghi hanno ingegnerizzato batteriofagi per esprimere proteine ​​che in realtà non irrompono le cellule, ma aumentato l'efficacia degli antibiotici al momento della loro consegna ,cioè in contemporanea.

Per questo lavoro in precedenza, i ricercatori hanno cercato di sviluppare una tecnologia correlata che potrebbe colpire e uccidere i batteri specifici, senza fare scoppiare le cellule e rilasciando il loro contenuto.

I ricercatori hanno utilizzato tecniche di biologia sintetica per sviluppare una piattaforma di particelle chiamate fagemidi. Queste particelle infettano batteri con piccole molecole di DNA note come plasmidi, che sono in grado di replicarsi autonomamente in una cellula ospite.

“Una volta all'interno della cellula,- spiega Collins - i plasmidi sono progettati per esprimere diverse proteine ​​o peptidi - molecole costituite da brevi catene di aminoacidi - tossiche per i batteri.

Sono stati sistematicamente testati diversi peptidi antimicrobici e tossine batteriche, -dice inoltre- e quando si combinano un certo numero di questi all'interno dei fagemidi, possono uccidere la grande maggioranza delle cellule all'interno di una cultura ".

Le tossine espresse sono progettate per distruggere diversi processi cellulari, come la replicazione batterica, causando la morte della cellula senza provocare scoppi.

Il targeting preciso

I fagemidi sono anche in grado di infettare -dice  sempre Collins - solo una precisa specie di batteri, conseguentemente, con un sistema molto mirato. È possibile utilizzare questo -aggiunge- per uccidere specie molto particolari di batteri -come parte di una terapia dell'infezione-, risparmiando il resto del microbioma".

I ricercatori hanno monitorato la risposta dei batteri dopo reinfezione ripetute con le fagemidi, non hanno testimoniato segni di resistenza indicativa alle particelle. "Questo significa –conclude Collins - che si possono fare più cicli di consegna dei fagemidi, al fine di ottenere una terapia più efficace, in contrasto con infezioni ripetute con batteriofagi, dove si è scoperto che i batteri hanno sviluppato resistenza nel tempo”.

Anche se Collins riconosce che i batteri finiranno con lo sviluppare resistenza a questo tipo di stress, la ricerca suggerisce che è probabile che prenderanno molto più tempo per sviluppare resistenza ai fagemidi che alla terapia batteriofago convenzionale.

Un  "cocktail" di diversi fagemidi potrebbe essere somministrato a pazienti per il trattamento di un'infezione non classificata, in modo simile agli antibiotici ad ampio spettro oggi utilizzati.

“C'è più probabilità , -dice Collins - di essere utilizzato in combinazione con strumenti diagnostici rapidi, adesso in fase di sviluppo, che consentirebbero ai medici un trattamento d’infezioni specifiche. Si dovrebbe prima eseguire un test diagnostico rapido per identificare i batteri che il paziente ha, e quindi dare il fagemide appropriato per uccidere l'agente patogeno ".

I ricercatori hanno in programma di espandere la propria piattaforma per lo sviluppo di una più ampia gamma di fagemidi.  Finora hanno sperimentato una serie di fagemidi specifici per E. coli, ma ora  si spera di creare particelle capaci di uccidere agenti patogeni come Clostridium difficile e il Vibrio cholerea, batterio del colera.

“L'utilizzo di biologia sintetica per modificare un gene in un fago , -dice Alfonso Jaramillo -, professore di biologia sintetica presso l'Università di Warwick nel Regno Unito- e renderlo più tossico per un agente patogeno, può portare a particelle antimicrobiche più efficaci di approcci classici”.

"La combinazione di dispositivi genetici sintetici , - spiega Jaramillo - con fagi come veicoli di consegna permette un approccio sistematico per riprogrammare la morte di batteri patogeni. L'attenzione dei ricercatori sui fagi non-replicativi, è  molto appropriata, perché queste particelle sono più fattibili per l'uso nelle persone, giacché non sono considerati organismi geneticamente modificati".