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Antibiotico-resistenza & Coniugazione Batterica

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Antibiotico-resistenza & Coniugazione Batterica

Algoritmo svedese analizza la coniugazione batterica ed i plasmidi

Laresistenza agli antibiotici è una delle maggiori minacce alla salute globale, alla sicurezza alimentare e allo sviluppo. Per l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) a questo fenomeno sono imputabili 33.000 decessi all’anno, nella sola Europa. Una delle evidenze è che i batteri patogeni stanno sviluppando una resistenza agli antibiotici molto più velocemente del previsto.

Molti dei geni sembrano aver avuto origine in un’ampia gamma di specie e ambienti batterici, come il suolo, l’acqua e i batteri delle piante. Specie completamente diverse di batteri possono diffondere i geni della resistenza tra loro attraverso i plasmidi, piccoli organuli con molecole di DNA in cui i batteri immagazzinano alcuni dei loro geni al di fuori del cromosoma. Quando due cellule batteriche entrano in contatto, possono “scambiare” i plasmidi tra loro.

Coniugazione batterica. È questo il fenomeno della coniugazione batterica, il meccanismo più importante per la diffusione della resistenza agli antibiotici. Sebbene sia molto comune, abbiamo sempre pensato che ci fosse una netta limitazione nella possibilità di trasferire i plasmidi l’una all’altra. I plasmidi appartengono a diversi gruppi per mobilità, o gruppi MOB, quindi non possono trasferirsi all’interno di ogni specie batterica.

Affinché la coniugazione possa iniziare, è necessario che un enzima (una relaxasi), si ponga in una posizione specifica sul plasmide. La relaxasi deve riconoscere e legarsi ad una regione in cui l’anello del DNA possa essere intaccato e un filamento trasferito al batterio successivo. Questa regione del DNA è l’oriT.

In precedenza si pensava che un singolo plasmide dovesse contenere sia il gene per la relaxasi che l’oriT corrispondente, per essere trasferito ad altri batteri. Ma una cellula può contenere diversi plasmidi e, negli ultimi anni, vari ricercatori hanno dimostrato che una relaxasi di un plasmide può adattarsi ad una regione oriT su un altro nella stessa cellula e attivarne la coniugazione.

Negli ultimi anni abbiamo visto che i geni della resistenza si sono diffusi tra gli agenti patogeni umani, in misura molto maggiore di quanto ci si aspettasse. I nuovi metodi di analisi mostrano come il trasferimento genetico possa essere molto più ampio e diffuso di quanto ipotizzato in passato, ampliando sensibilmente lo scenario di gestione di tali dati, con una visione “one health” come propugnato da tempo dal OMS.

Ciò significa che può essere sufficiente che un plasmide abbia solo un oriT, perché la coniugazione avvenga; il che, a sua volta, indica che molti plasmidi che sono stati precedentemente classificati come non mobili, perché privi del gene relaxasi, possono essere attivi nella coniugazione batterica. Gli attuali strumenti standard, per la valutazione della trasferibilità, si basano sulla ricerca delle sequenze di DNA per l’enzima relaxasi o per regioni oriT a cui l’enzima può legarsi. Sono metodiche caratterizzate da molte limitazioni. Alcuni strumenti producono risultati incompleti, mentre altri implicano test di laboratorio che richiedono molto tempo e risorse.

Bioinformatica. E’ un campo altamente interdisciplinare che sta fornendo nuove frontiere, anche in microbiologia. Alla “Chalmers University of Technology” di Goteborg, Jan Zrimec, ha messo a punto un algoritmo con cui ha esplorato oltre 4.600 plasmidi presenti in natura, da diversi tipi di batteri, ridisegnando il percorso della coniugazione. Il metodo individuato può gestire grandi quantità di dati e può essere utilizzato per cercare efficacemente le oriT nella loro interezza. Il nuovo metodo di analisi si basa esclusivamente sull’identificazione delle regioni oriT e utilizza speciali proprietà (firme) fisiochimiche, specificamente trovate nelle regioni oriT del DNA.

Attraverso ricerche precedenti, si è dimostrato che queste firme fisiochimiche, che determinano quale relaxasi può legarsi alla regione oriT, sono più stabili e specifiche delle sequenze di DNA stesse. In questo modo è possibile classificare i plasmidi nel gruppo MOB corretto, in base alla regione oriT, indipendentemente dalla relaxasi e questo consente anche ai ricercatori, di mappare la trasferibilità complessiva tra diverse specie batteriche.

L’algoritmo è in grado di identificare specifiche regioni del DNA, necessarie per la coniugazione, chiamate “regioni oriT”, con grandi quantità di dati, costituiti da sequenze di DNA di migliaia di plasmidi. L’algoritmo può anche ordinarli in gruppi MOB, in base alle regioni identificate. Il lavoro ha messo in evidenza che:

- Il numero di regioni oriT può essere circa otto volte superiore a quello riscontrato con il metodo standard utilizzato fino ad oggi;
- Il numero di plasmidi mobili è il doppio rispetto a quanto precedentemente noto;
- Il numero di specie batteriche, che hanno plasmidi mobili, è ben più grande di quello ipotizzato;
- oltre la metà di questi plasmidi ha regioni oriT che corrispondono ad un enzima di coniugazione di un altro plasmide, che è stato precedentemente classificato in un diverso gruppo MOB. Ciò significa che potrebbero essere trasferiti da uno qualsiasi di questi plasmidi quando presenti nella stessa cellula batterica.

I risultati lasciano ipotizzare l’esistenza di una solida rete per il trasferimento di plasmidi tra batteri, negli esseri umani, animali, nelle piante, nel suolo ed ambienti acquatici o industriali.  I geni della resistenza si trovano naturalmente in molti batteri di questi ecosistemi e l’ipotetica rete, consente di ipotizzare che i geni di tutti questi ambienti possano essere trasferiti a batteri che causano malattie negli esseri umani.

L’articolo fornisce una possibile ragione per spiegare il rapido sviluppo della resistenza nei patogeni umani, osservata negli ultimi anni. L’uso eccessivo di antibiotici seleziona i geni di resistenza che potrebbero, quindi, fluire facilmente da un serbatoio genetico naturale molto più grande di quanto stimato precedentemente.

BIBLIOWEB:

Zrimec J. Multiple plasmid origin-of-transfer regions might aid the spread of antimicrobial resistance to human pathogens – Microbiology open  https://doi.org/10.1002/mbo3.1129
Zrimec J., Lapanje A. DNA structure at the plasmid origin-of-transfer indicates its potential transfer range. Sci Rep 8, 1820 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-20157-y
Chalmers University of Technology – Antibiotic resistance may spread even more easily than expected. https://news.cision.com/chalmers/r/antibiotic-resistance-may-spread-even-more-easily-than-expected,c3269527
Infezioni ospedaliere in aumento. Parola di SDO http://newmicro.altervista.org/?p=7281
Contro l’Antibiotico-resistenza https://newmicro.altervista.org/?p=6803
Antibiotico-resistenza https://newmicro.altervista.org/?p=6656
Antibioticoresistenza: parliamone… http://newmicro.altervista.org/?p=6642
L’antibioticoresistenza resiste https://newmicro.altervista.org/?p=5719
Antibiotico resistenza. Upgrade sorveglianza https://newmicro.altervista.org/?p=5412



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