Gli antibiotici sono farmaci potenti e ad azione rapida, sviluppati per combattere le infezioni batteriche. Negli ultimi anni, tuttavia, la loro affidabilità è diminuita a causa del continuo sviluppo e della diffusione di batteri resistenti agli antibiotici. Lo Staphylococcus aureus è una delle principali cause di infezioni e decessi associati alla resistenza agli antibiotici. È anche l’infezione batterica più comune nelle persone affette da diabete mellito, una condizione cronica che influisce sul controllo della glicemia e riduce la capacità dell’organismo di combattere le infezioni.
I microbiologi Brian Conlon, PhD, e Lance Thurlow, PhD, della UNC School of Medicine, hanno dimostrato che le persone con diabete hanno anche maggiori probabilità di sviluppare ceppi di Staphylococcus aureus resistenti agli antibiotici. Le loro scoperte, pubblicate su Science Advances, evidenziano come l’ambiente microbico dei diabetici generi mutazioni resistenti, indicando al contempo come combattere la resistenza agli antibiotici in questa popolazione di pazienti. “Abbiamo scoperto che la resistenza agli antibiotici emerge molto più rapidamente nei modelli di diabete rispetto ai modelli di malattia non diabetici”, ha dichiarato Conlon, professore associato presso il Dipartimento di Microbiologia e Immunologia. Questa interazione tra batteri e diabete potrebbe essere un fattore importante nel rapido sviluppo e nella diffusione della resistenza agli antibiotici”.
Studio con antibiotici in un modello di topo diabetico
Il diabete compromette la capacità dell’organismo di controllare un tipo di zucchero chiamato glucosio, il che spesso porta all’accumulo di glucosio in eccesso nel sangue. Lo Staphylococcus aureus si nutre di questi alti livelli di zucchero, consentendogli di moltiplicarsi più rapidamente. Il batterio può anche crescere senza conseguenze, poiché il diabete compromette anche la capacità del sistema immunitario di distruggere le cellule e controllare le infezioni. Con l’aumento del numero di batteri in un’infezione diabetica, aumenta anche la probabilità di resistenza. Si verificano mutazioni casuali e alcuni sviluppano resistenza a fattori di stress esterni come gli antibiotici. Una volta che un mutante resistente è presente in un’infezione diabetica, prende rapidamente il controllo della popolazione e utilizza il glucosio in eccesso per la sua rapida crescita.
“Lo Staphylococcus aureus è particolarmente adatto a trarre vantaggio dall’ambiente diabetico”, ha dichiarato Thurlow, professore assistente di microbiologia e immunologia con incarichi congiunti presso la UNC School of Medicine e la Adams School of Dentistry. “Una volta che si verifica questa mutazione resistente, c’è un eccesso di glucosio e il sistema immunitario non è in grado di eliminare il mutante, che quindi prende il sopravvento sull’intera popolazione batterica nel giro di pochi giorni”.
Conlon, esperto di fallimento dei trattamenti antibiotici, e Thurlow, esperto di patogenesi dello stafilococco nel diabete, sono da tempo interessati a confrontare l’efficacia degli antibiotici in un modello con e senza diabete. Sfruttando le loro conoscenze all’interno del Dipartimento di Microbiologia e Immunologia, i ricercatori hanno riunito i loro laboratori per condurre uno studio sugli antibiotici in un modello murino diabetico di infezione da S. aureus .
I batteri sviluppano resistenza ai farmaci
Per prima cosa, il team ha preparato un modello di topo con un’infezione batterica della pelle e dei tessuti molli. I topi sono stati divisi in due gruppi: Una metà ha ricevuto un composto che uccide selettivamente le cellule del pancreas e li rende diabetici, mentre l’altra metà non ha ricevuto il composto. I ricercatori hanno poi infettato i modelli diabetici e non diabetici con lo S. aureus e li hanno trattati con la rifampicina, un antibiotico a cui la resistenza si sviluppa molto rapidamente. Dopo cinque giorni di infezione, è stato il momento di osservare i risultati.
I ricercatori si sono subito resi conto che la rifampicina non aveva praticamente alcun effetto sui modelli diabetici. Hanno quindi prelevato alcuni campioni da analizzare. Sono rimasti scioccati nello scoprire che i batteri avevano sviluppato una resistenza alla rifampicina e che l’infezione conteneva oltre cento milioni di batteri resistenti alla rifampicina. Nei modelli non diabetici non c’erano batteri resistenti alla rifampicina. E, cosa ancora più sorprendente, la mutazione aveva preso il sopravvento sull’intera infezione in soli quattro giorni. Successivamente, i modelli diabetici e non diabetici sono stati inoculati con Staphylococcus aureus come prima, ma questa volta con un numero noto di batteri resistenti alla rifampicina. Anche in questo caso, questi batteri hanno rapidamente preso il sopravvento nell’infezione diabetica, ma sono rimasti solo come sottopopolazione nei modelli non diabetici dopo quattro giorni di trattamento con rifampicina.
Indagine sullo sviluppo della resistenza negli esseri umani (con e senza diabete)
I nuovi risultati hanno sollevato molti interrogativi. Tuttavia, i ricercatori sono certi che lo sviluppo della resistenza agli antibiotici nelle persone con diabete potrebbe diventare problematico per l’intera popolazione. I ceppi di batteri resistenti agli antibiotici si diffondono da persona a persona come altri batteri e virus: attraverso l’aria, le maniglie delle porte e il cibo che mangiamo. La prevenzione di questo tipo di infezioni è quindi una priorità assoluta.
Cosa si può fare per prevenire? I laboratori di Conlon e Thurlow hanno dimostrato che l’abbassamento dei livelli di glucosio nel sangue in modelli di diabete (somministrando insulina) priva i batteri del loro carburante, ne tiene sotto controllo il numero e riduce la probabilità che si verifichino mutazioni resistenti agli antibiotici. I loro risultati suggeriscono che il controllo dei livelli di glucosio nel sangue attraverso la somministrazione di insulina potrebbe essere la chiave per prevenire la resistenza agli antibiotici. Quando i ricercatori hanno somministrato l’insulina ai loro topi, sono stati in grado di normalizzare i livelli di zucchero nel sangue e non c’è stata una rapida proliferazione di batteri resistenti.
Ora i ricercatori stanno ampliando i loro sforzi per studiare lo sviluppo della resistenza nell’uomo (con e senza diabete) e in altri batteri resistenti agli antibiotici, tra cui Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa e Streptococcus pyogenes. Riconoscendo l’importanza del ruolo dell’ospite nello sviluppo della resistenza agli antibiotici, gli esperti hanno in programma di condurre studi simili nei pazienti sottoposti a chemioterapia e nei riceventi di trapianti recenti, per verificare se anche queste popolazioni sono suscettibili di infezioni resistenti agli antibiotici.