Ecco come i misteriosi antibiotici di ultima istanza uccidono i batteri

Batteri-Immagine Credit Public Domain-

Per uccidere i batteri resistenti ai farmaci, gli antibiotici “di ultima istanza” prendono in prestito una tattica dal playbook di Medusa: la pietrificazione.

Nuove immagini al microscopio ad alta risoluzione mostrano che una classe di antibiotici chiamati Polimixine cristallizza le membrane cellulari dei batteri. “I cristalli a forma di nido d’ape che si formano trasformano la pelle solitamente elastica delle molecole di grasso dei microbi in sottili fogli fragili”, riferiscono i ricercatori il 21 ottobre su Nature Communications. “Quando le membrane pietrificate si rompono, i batteri muoiono”.

“La scoperta è stata una sorpresa totale”, afferma Sebastian Hiller, biologo strutturale dell’Università di Basilea in Svizzera.

Hiller, il biofisico Selen Manioğlu e i loro colleghi avevano usato gli antibiotici come controllo per un altro esperimento. Quando i ricercatori hanno acceso i loro microscopi, “Abbiamo visto questi waffle”, dice Hiller. “Ho subito pensato, wow, questo deve essere qualcosa di speciale”.

Gli antibiotici Polimixina come la colistina sono stati scoperti negli anni ’40 e sono ora utilizzati come potente ultima difesa contro i batteri che hanno sviluppato resistenza alla maggior parte degli altri farmaci. I ricercatori sapevano già che le Polimixine in qualche modo interferiscono con le membrane delle cellule batteriche. Ma nessuno aveva immaginato uno scenario come i “waffle” scoperti dal team.

Nel nuovo studio, Hiller e colleghi hanno esposto frammenti di membrana cellulare di Escherichia coli a concentrazioni variabili di colistina. L’imaging con microscopia a forza atomica ha rivelato che i cristalli si sono formati alle concentrazioni minime richieste per uccidere i batteri. I ceppi resistenti alla colistina esposti al farmaco non hanno formato cristalli.

Immagine: le membrane delle cellule batteriche sono generalmente elastiche e lisce, ma gli antibiotici polimixina cristallizzano le membrane in fogli fragili di “waffle” esagonali, visti qui nelle immagini della microscopia a forza atomica.S. MANIOĞLU

I risultati indicano che le Polimixine agiscono organizzando la membrana cellulare in una struttura cristallina che la rende fragile e vulnerabile. “Questo è qualcosa che finora non è stato neanche lontanamente ipotizzato”, afferma Markus Weingarth, un biochimico dell’Università di Utrecht nei Paesi Bassi che non è stato coinvolto nel lavoro. “È uno studio molto importante. Direi anche che è una svolta”.

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Come esattamente le Polimixine cristallizzino le membrane cellulari rimane poco chiaro. Questo è un problema perché alcuni batteri hanno sviluppato resistenza alle polimixine e stanno diventando sempre più diffusi ( SN: 27/05/16 ; SN: 30/10/90 ). “Senza ulteriori studi come questo per aiutare a rivelare come funzionano i farmaci, gli scienziati non possono modificare efficacemente gli antibiotici per renderli più efficaci”, dice Weingarth.

Hiller spera che questo primo assaggio dei poteri pietrificanti delle polimixine aiuterà gli scienziati a combattere la resistenza agli antibiotici.

“La comprensione di questi concetti porterà sicuramente molte idee e il potenziale per creare nuovi farmaci”, afferma Hiller

Fonte: Science