Scienza

La resistenza dei microbi agli antibiotici, in tempo reale

Un dispositivo mostra, in tempo reale, i batteri mentre sviluppano la resistenza agli antibiotici: in sostanza una dimostrazione visiva dei meccanismi dell'evoluzione all'opera.

Non ci sono dubbi che l'evoluzione sia all'opera tra gli organismi viventi, ma "osservarla" mentre avviene è molto difficile, data la scala temporale su cui solitamente agisce.

Uno degli esempi classici di evoluzione è quello dei microbi che mutano per resistere ai farmaci antibiotici: i batteri si adattano a sopravvivere alle medicine, accumulano mutazioni e diventano “resistente” a un farmaco. In questo modo le stesse dosi del farmaco diventano inefficaci e non riescono più a sconfiggerli. È un ipotesi testata e verificata sperimentalmente negli ultimi decenni, ed è anche il motivo per cui viene raccomandato di fare un uso corretto degli antibiotici, di utilizzarli solo quando è il caso (non per esempio contro le infezioni virali), nelle dosi e per i tempi raccomandati.

manovre nell'arena. Ora un gruppo di ricercatori è andato oltre, fotografando letteralmente il processo evolutivo mentre si compie, le “manovre” con cui i batteri reagiscono all’antibiotico e si adattano per sopravvivergli. Confermando ovviamente la teoria generale, ma fornendo anche dettagli “inediti” sul modo in cui la resistenza ai farmaci si sviluppa in concreto.

Per l’esperimento, descritto su Science, i ricercatori della Harvard Medical School e dell’Israel Institute of Technology, hanno costruito una sorta di arena (la chiamano proprio così): una piastra rettangolare di 60 per 120 centimetri, molto più ampia quindi delle capsule circolari con cui solitamente vengono coltivati i batteri in laboratorio, ricoperta di sostanze nutritive. L’hanno poi suddivisa in sezioni in cui hanno inserito, a partire dai bordi lasciati liberi dai farmaci, dosi crescenti di due antibiotici di comune utilizzo.

Mentre i lati contenevano il medicinale alla dose ritenuta appena necessaria per uccidere il batterio Escherichia coli, che vive comunemente nel nostro intestino, nel centro era presente mille volte la stessa quantità.

Poi hanno filmato per una decina di giorni i movimenti dei microbi depositati sulla piastra, scattando immagini a brevi intervalli, poi montate in un unico video.

Un'immagine della piastra con la coltura di batteri dopo 12 giorni. © Harvard Medical School

Adattamenti. Quello che i ricercatori hanno osservato è che, a ogni concentrazione di antibiotico, un piccolo gruppo di batteri si adattava e sopravviveva, accumulando via via una serie di successive mutazioni, esattamente come previsto. I discendenti di questi microbi resistenti al farmaco migravano poi verso le aree dove erano presenti concentrazione più alte di antibiotico, arrivando fino al centro dove era presente quella massima.

Nel giro di dieci giorni, la popolazione di batteri ha prodotto ceppi mutanti capaci di sopravvivere a dosi dell’antibiotico trimetoprim, uno dei due utilizzati negli esperimenti, mille volte più alte di quelle in grado di uccidere i loro progenitori.

Gli scienziati hanno anche visto che l’acquisizione di queste mutazioni per la resistenza inizialmente rallentava la crescita dei microbi, che invece riprendeva normalmente una volta che erano state pienamente acquisite.

Una rappresentazione ottenuta con un particolare strumento (chimografo) che mostra il movimento dei batteri. Al passare del tempo, i fronti dei batteri resistenti si spostano verso il centro della piastra. © Harvard Medical School

I movimenti al fronte. Un’osservazione inaspettata è stata che nel fronte dei batteri resistenti, quelli in grado di sopravvivere meglio erano quelli posizionati, per così dire, in seconda linea. Se i ricercatori li facevano scavalcare il fronte, i microbi bloccati dietro riuscivano a sopravvivere meglio alle dosi più alte di antibiotico rispetto a quelli della prima fila, con cui competevano per le risorse nutritive. Indizi che potrebbero essere utili ai ricercatori per capire come i movimenti dei batteri nello spazio e la loro localizzazione contino nello sviluppo della resistenza ai farmaci.

Come in un film. Gli autori dello studio hanno anche raccontato che la loro invenzione è nata per un’esigenza pedagogica – insegnare la teoria dell’evoluzione agli studenti in un modo accattivante e che potesse essere visualizzato – e che l’idea è venuta loro da una trovata di marketing realizzata per l’uscita del film Contagion, nel 2011: un tabellone con due piastre disseminate di batteri e funghi che crescendo componevano le lettere del titolo del film.

«La nostra piastra prende concetti complessi, spesso oscuri, dell’evoluzione e fornisce una dimostrazione visiva di queste idee altrimenti vaghe» ha detto Roy Kishony, uno degli autori dello studio. «È anche una dimostrazione potente di quanto sia facile per i batteri diventare resistenti agli antibiotici».

Vedere per credere, insomma.

8 settembre 2016 Chiara Palmerini
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