Lo Streptococcus pneumoniae, comunemente chiamato pneumococco , è un batterio patogeno presente nel rinofaringe umano (soprattutto nelle ragazze e nei ragazzi) e può causare malattie lievi, come otite o sinusite, fino a patologie più gravi, come polmonite e meningite. Sebbene esistano vaccini per prevenire le infezioni causate da questo agente patogeno, nonché diversi antibiotici per curarle, si stima che questo tipo di malattie causino più di un milione di morti ogni anno in tutto il mondo. Questa situazione rende lo pneumococco l’agente patogeno che causa il maggior numero di decessi tra quelli che provocano malattie infettive prevenibili con i vaccini. L’efficacia dei diversi antibiotici disponibili per il trattamento dello pneumococco è attualmente criticamente compromessa dalla comparsa di diversi ceppi che sviluppano tolleranza, persistenza o resistenza a determinati trattamenti farmacologici. In questo senso, è già stata accertata l’esistenza di meccanismi di tolleranza alla vancomicina, nonché di resistenza alla penicillina e al gruppo di antibiotici noti come fluorochinoloni.
Recentemente, gli scienziati del CONICET hanno presentato una ricerca in cui dimostrano, sulla base di test in modelli cellulari, che l’esposizione allo stress ossidativo intracellulare potrebbe portare piccole popolazioni di pneumococco a sviluppare meccanismi di persistenza al trattamento con fluorochinoloni. La persistenza è un tipo di tolleranza ad alte concentrazioni di antibiotici che una sottopopolazione batterica acquisisce da fattori ambientali e che non viene ereditata dalla prole (cioè non comporta modifiche nel genoma). D’altro canto, la persistenza dello pneumococco ai fluorochinoloni è clinicamente rilevante soprattutto perché la terapia antibiotica potrebbe fallire a causa della comparsa di ceppi resistenti a questo tipo di antibiotici. A questo proposito si ritiene che la persistenza possa costituire un passo preliminare alla comparsa di casi di resistenza agli antibiotici .
Lo studio, guidato da José Echenique , ricercatore CONICET presso il Centro di ricerca in biochimica clinica e immunologia (CIBICI, CONICET-UNC), è stato pubblicato sulla rivista Microbiology Spectrum dell’American Society of Microbiology. La prima autrice dello studio è stata Mirelys Hernández-Morfa , dottoranda del Consiglio del CIBICI.
La vita intracellulare del pneumococco
Sebbene lo pneumococco viva principalmente nell’ambiente extracellulare, può rimanere temporaneamente per diverse ore all’interno delle cellule del sistema immunitario o dei pneumociti (cellule specializzate che formano gli alveoli polmonari). “Quando un batterio entra in una cellula del sistema immunitario, come i macrofagi o i neutrofili, si scatena un’esplosione di stress ossidativo che mira a uccidere l’agente patogeno. Cioè, le cellule iniziano a produrre perossido di idrogeno, tra le altre specie reattive dell’ossigeno, per eliminare l’infezione”, spiega Echenique.
Ora, anche se la maggior parte dei batteri del pneumococco muore a causa dell’attacco del perossido di idrogeno, è stato accertato che esiste una sottopopolazione che riesce a sopravvivere. «Il pneumococco è un batterio che possiede forti meccanismi di resistenza allo stress ossidativo, dato che ha bisogno di sopravvivere al perossido di idrogeno stesso che solitamente produce per competere con gli altri batteri che popolano il rinofaringe, rivestito da circa settecento microrganismi diversi. Se gli pneumococchi non avessero enzimi in grado di degradare il perossido di idrogeno a livello intracellulare, non ci sarebbe una sottopopolazione con la possibilità di sopravvivere all’esplosione ossidativa che si verifica quando entrano in una cellula umana. Riuscire a sopravvivere a questi livelli di stress ossidativo è già un meccanismo abbastanza sofisticato per un organismo normalmente extracellulare», spiega il ricercatore.
Sviluppo di persistenza ai fluorochinoloni
I fluorochinoloni sono un gruppo di antibiotici usati per trattare le infezioni causate da pneumococco, il cui meccanismo d’azione è legato anche ad un aumento dei livelli di stress ossidativo. Sapendo che una precedente esposizione al perossido di idrogeno induce il meccanismo di difesa dello pneumococco contro questo tipo di composti, gli autori hanno proposto che questo scenario potrebbe contrastare l’effetto dei fluorochinoloni. Ciò ha portato il gruppo di ricerca guidato da Echenique ad analizzare se l’esposizione al perossido di idrogeno portasse lo pneumococco a sviluppare meccanismi di persistenza ai fluorochinoloni, e lo hanno confermato attraverso test in terreni di coltura e con diversi modelli cellulari.
“Per determinare se l’esposizione allo stress ossidativo lo portasse a sviluppare persistenza agli antibiotici, la prima cosa che abbiamo fatto è stata esporre il pneumococco a un terreno di coltura con quantità di perossido di idrogeno simili a quelle che potrebbero essere esposte all’interno di una cellula del sistema immunitario. . Aggiungendo i fluorochinoloni abbiamo visto che il tasso di sopravvivenza di questi batteri contro questo antibiotico era effettivamente aumentato, rispetto a quanto accadeva con i pneumococchi che non erano stati esposti allo stress ossidativo. Siamo anche riusciti a identificare alcuni geni coinvolti nello sviluppo di questo meccanismo», afferma Echenique.
Il passo successivo è stato verificare se questo comportamento potesse essere riprodotto in modelli cellulari, come macrofagi, pneumociti e neutrofili.
“Nei modelli cellulari, come già sapevamo, l’ingresso del pneumococco genera un aumento dei livelli di perossido di idrogeno all’interno delle cellule, che porta alla morte di un’alta percentuale di batteri, sebbene una sottopopolazione riesca a sopravvivere. Dopo diverse ore, abbiamo aggiunto i fluorochinoloni per vedere se l’esposizione allo stress ossidativo intracellulare producesse anche lo sviluppo di un meccanismo di persistenza per questo antibiotico, come era avvenuto nei saggi nei terreni di coltura. Pertanto, siamo stati in grado di identificare che l’induzione del meccanismo di persistenza dei fluorochinoloni si verifica anche quando il pneumococco è esposto allo stress ossidativo intracellulare quando invade le cellule”, sviluppa il ricercatore.
Echenique sottolinea che questo tipo di tolleranza non significa resistenza agli antibiotici, perché per questo sono necessarie mutazioni in alcuni geni o l’incorporazione di nuovi geni. “Quando si toglie il perossido di idrogeno e si trattano nuovamente con fluorochinoloni, i batteri persistenti riacquistano sensibilità agli antibiotici e muoiono”.
Inoltre, Echenique chiarisce: “Questo meccanismo di persistenza agli antibiotici è rilevante da un punto di vista clinico, poiché ridurrebbe l’efficacia del trattamento antimicrobico nei pazienti con infezioni da pneumococco, e, d’altro canto, una maggiore esposizione ai fluorochinoloni faciliterebbe la generazione di ceppi resistenti”.
