L’organismo trasforma il rame in un’arma contro le infezioni del tratto urinario e gli scienziati sperano di rafforzare questa difesa contro i batteri resistenti agli antibiotici.
Ricercatori del College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences (VMBS) della Texas A&M University stanno studiando come il sistema immunitario utilizza il rame contro le infezioni del tratto urinario (ITU) e come i batteri sopravvivono all’attacco. Il loro obiettivo è identificare i punti deboli che potrebbero aiutare a trattare le infezioni sempre più resistenti agli antibiotici.
Il progetto, finanziato con una sovvenzione di 1,48 milioni di dollari dai National Institutes of Health (NIH), si basa su precedenti scoperte del Dottor Sarguru Subash, Professore associato presso il Dipartimento di Patobiologia Veterinaria della VMBS. Il suo laboratorio ha dimostrato che, durante un’infezione, l’organismo aumenta i livelli di rame nelle vie urinarie per contribuire a eliminare i batteri invasori.
Come il rame diventa un’arma immunitaria
Il rame svolge due ruoli molto diversi: è necessario in piccole quantità per l’uomo e gli animali, ma in determinate condizioni è tossico per i batteri. Il sistema immunitario sfrutta questa tossicità come parte della sua risposta precoce, o innata, alle infezioni.
Cellule immunitarie specializzate possono inglobare i batteri ed esporli a una miscela di sostanze antimicrobiche che include il rame. Secondo una precedente ricerca di Subash, durante le infezioni del tratto urinario, i livelli di rame aumentano anche nelle urine.
I batteri, tuttavia, possiedono propri sistemi di protezione. Poiché il rame è presente naturalmente nel loro ambiente, molti hanno sviluppato meccanismi per espellerlo o limitarne gli effetti dannosi. Il nuovo progetto indagherà i meccanismi genetici che consentono ai batteri responsabili delle infezioni del tratto urinario di tollerare concentrazioni elevate di rame e continuare a proliferare.
“Sappiamo che il rame svolge un ruolo importante, ma questo solleva anche molti interrogativi su come questi agenti patogeni si adattino alla presenza di concentrazioni elevate di rame”, ha affermato Subash. “Se riusciamo a comprendere meglio come i batteri superano la resistenza al rame imposta dall’ospite, allora possiamo sviluppare terapie che rendano i batteri più sensibili al rame e, più in generale, a tutto ciò che il sistema immunitario gli scaglia contro“.
Impedire ai batteri di insediarsi nella vescica
Il team sta inoltre esaminando le prove preliminari secondo cui il rame potrebbe alterare le fimbrie, le strutture simili a peli che i batteri utilizzano per aderire alle cellule che rivestono la vescica. Interferire con queste strutture potrebbe indebolire un’infezione senza dover ricorrere esclusivamente all’eliminazione dei batteri.
L’adesione è fondamentale perché le vie urinarie possiedono già una semplice difesa fisica: il flusso di urina. “I batteri che non riescono ad aderire saldamente al rivestimento della vescica hanno maggiori probabilità di essere espulsi”, ha spiegato Subash.
L’efficacia del rame dipende anche dalle altre difese che agiscono in sinergia. “I batteri possiedono degli adattamenti, ma quando si trovano in questo contesto di “cocktail”, i meccanismi di difesa batterica non sono altrettanto efficaci”, ha affermato Subash. “A volte l’equilibrio si sposta a favore dell’ospite, permettendoci di controllare le infezioni. Altre volte, l’equilibrio si sposta a favore dei patogeni. Di conseguenza, si manifesta la malattia clinica“.
Trasporto del rame senza danneggiare le cellule
I ricercatori esamineranno anche il lato dell’interazione che coinvolge l’organismo, concentrandosi sulla ceruloplasmina, una proteina contenente rame. I precedenti risultati di Subash suggeriscono che questa proteina potrebbe contribuire al trasporto del rame durante un’infezione delle vie urinarie.
Tale trasporto richiede un controllo accurato. Ad alte concentrazioni, il rame può danneggiare le cellule del corpo, pertanto il suo trasporto e accumulo sono strettamente regolamentati. Il team studierà come la ceruloplasmina mobilita il rame durante un’infezione e come questo processo contribuisce al controllo dei batteri.
Esaminare sia il rilascio di rame che la resistenza batterica dovrebbe fornire ai ricercatori un quadro più completo del punto in cui le difese immunitarie incontrano un organismo invasore. Potrebbe anche aiutarli a identificare i modi per rafforzare tali difese attraverso il trattamento.
Sviluppare trattamenti che agiscono in sinergia con il sistema immunitario
Il laboratorio ha già identificato un composto antimicrobico sperimentale che diventa più efficace in presenza di rame. Il prossimo passo è modificare e testare composti simili, alla ricerca di candidati che possano agire in sinergia con le difese naturali dell’organismo.
Questa strategia potrebbe offrire un’ulteriore via per il trattamento delle infezioni, dato che i batteri stanno diventando sempre più resistenti agli antibiotici. Invece di considerare l’effetto di un farmaco sui batteri in modo isolato, i ricercatori vogliono capire come la sua attività si combina con la risposta immunitaria.
“Siamo molto interessati a comprendere gli aspetti fondamentali di come il sistema immunitario controlla gli agenti patogeni, in modo da poter sviluppare antimicrobici di nuova generazione che non solo si concentrino sull’eliminazione diretta dei batteri, ma che agiscano anche in sinergia con il sistema immunitario“, ha affermato Subash.
Subash ha avvertito che probabilmente ci vorranno ancora anni prima che una terapia a base di rame pronta per l’uso clinico sia disponibile. Il progetto attuale rappresenta un primo passo verso l’individuazione di potenziali opzioni per le infezioni del tratto urinario difficili da trattare.
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Potenziali benefici al di là delle infezioni del tratto urinario umano
Alcuni batteri che causano infezioni del tratto urinario possono infettare anche altre parti del corpo. Le scoperte sulla loro resistenza al rame potrebbero quindi contribuire a orientare la ricerca di trattamenti per altre infezioni batteriche.
I risultati potrebbero avere rilevanza anche in medicina veterinaria, dove le infezioni ricorrenti del tratto urinario colpiscono animali come i cani. Prima di esplorare tali applicazioni, il team si sta concentrando su come l’organismo utilizza il rame e su come i batteri lo contrastano.
“L’aspetto innovativo principale di questo progetto consiste nell’analizzare in modo esaustivo come il patogeno reagisce e come l’ospite utilizza il rame, per poi collegare queste due scoperte scientifiche di base con un obiettivo di applicazione pratica”, ha affermato Subash. “È un cerchio che si chiude“.
Fonte:Scitechdaily