Il Giornale dei Biologi - N. 3

ECM
methicillin-resistant (MRSA) in grado di sintetizzare una PBP2a
a bassa affinità per tutti gli antibiotici β-lattamici. Tale fenotipo
è determinato dall’acquisizione di un elemento genetico mobile
denominato SCCmec (Staphylococcal cassette chromosome
mec), contenente il gene mecA (Box 1) [13, 14].
Uno dei meccanismi di AMR maggiormente diffuso sia tra i
batteri Gram-negativi che Gram-positivi è rappresentato dall’inattivazione
della molecola antimicrobica. Esistono due modi
principali in cui i batteri inattivano i farmaci: il trasferimento
di un gruppo chimico al farmaco o l’effettiva degradazione del
farmaco. L’inattivazione del farmaco mediante trasferimento
di un gruppo chimico utilizza comunemente il trasferimento
di gruppi acetilici, fosforilici e adenilici, e ad oggi sono state
identificate diverse Transferasi coinvolte in tali processi. L’acetilazione
è il meccanismo più diversificato è, infatti, utilizzato
contro gli aminoglicosidi, il cloramfenicolo e i fluorochinoloni.
La fosforilazione e l’adenilazione sono attive soprattutto contro
gli aminoglicosidi [7,15,16].
Uno dei gruppi di agenti antimicrobici più ampiamente utilizzato
sono i farmaci β-lattamici. I membri di questo gruppo
posseggono tutti una struttura centrale specifica che consiste
in un anello β-lattamico a quattro lati. La resistenza ai farmaci
β-lattamici si manifesta attraverso diversi meccanismi generali
ma il più diffuso è l’idrolisi del farmaco da parte di enzimi idrolizzanti
definiti β-lattamasi [17,18]. Tali enzimi rappresentano
il meccanismo centrale della resistenza agli antibiotici β-lattamici
e sono largamente diffusi sia tra i batteri Gram-positivi
che Gram-negativi, essi sono in grado di idrolizzare il legame
amidico dell’anello β-lattamico con produzione di un derivato
inattivo. Presentano alcune differenze tra batteri Gram-positivi
e Gram-negativi, i Gram-positivi producono una gran quantità
di β-lattamasi che sono, di regola, inducibili ed esocellulari,
in quanto secrete nello spazio extracellulare ed in gran parte
si tratta di pennicillasi. Nei batteri Gram-negativi le lattamasi
possono essere sia inducibili che costitutive, sono a codificazione
sia cromosomica che plasmidica e sono intracellulari essendo
localizzate nello spazio periplasmico. Molti membri della
famiglia delle Enterobacteriaceae ad esempio posseggono geni
cromosomici codificanti β-lattamasi. Altri batteri Gram-negativi
che includono Aeromonas spp., Acinetobacter spp. e Pseudomonas
spp. presentano i geni per le β-lattamasi su plasmidi
di resistenza [19], che di recente sono stati identificati anche in
alcune specie di batteri Gram-positivi come S. aureus, Enterococcus
faecalis e Enterococcus faecium [20].
Uno degli aspetti più delicati dell’AMR riguarda l’insorgenza
di ceppi batterici Multi-drug resistant (MDR), ovvero stipiti
batterici che mostrano la capacità di resistere contemporaneamente
a più classi di antibiotici. Tra questi un ruolo di rilievo è
svolto da un gruppo di batteri sia Gram-negativi che Gram-positivi
identificati con l’acronimo ESKAPE group (Enterococcus
faecium, S. aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter
baumannii, Pseudomonas aeruginosa e Enterobacter spp.) (Box
2). Gli agenti patogeni ESKAPE si differenziano da altri agenti
patogeni a causa del loro ampio spettro di resistenza contro gli
antibiotici più comunemente utilizzati in terapia come β-lattamici
(penicillina, carbapenemi), glicopeptidi (vancomicina) e
antibiotici che agiscono bloccando la sintesi proteica (tetracicline
e amminoglicosidi). Questa maggiore resistenza, unita al significato
clinico di questi batteri in campo medico, comporta la
necessità di comprendere i loro meccanismi di resistenza e combatterli
con nuovi antibiotici. Un ruolo di primaria importanza
nell’insorgenza del fenotipo MDR è svolto dalla presenza sulla
superficie della cellula batterica di pompe da efflusso. Molti
batteri posseggono geni codificanti per le pompe da efflusso che
mappano a livello cromosomico. Alcuni sono espressi in modo
costitutivo e altri sono indotti o sovra-espressi (elevati livelli di
resistenza sono solitamente dovuti a mutazioni che modificano
il canale di trasporto trans-membrana) sotto determinati stimoli
ambientali o quando è presente un substrato adatto. Le pompe
da efflusso funzionano principalmente pompando costantemente
molecole tossiche, incluso gli antibiotici, nell’ambiente
extra-cellulare in modo che all’interno della cellula non ci sia
mai una concentrazione sufficientemente elevata del farmaco,
inoltre molte di queste pompe trasportano una grande varietà di
composti (pompe di efflusso MDR) [21]. La maggior parte dei
batteri possiede diversi tipi di pompe di efflusso. Attualmente
si conoscono almeno cinque famiglie principali di pompe per
efflusso classificate in base alla struttura e alla fonte di energia:
i. la famiglia dei trasportatori ABC (ATP-binding cassette), ii. la
famiglia MATE (multidrug and toxic compound extrusion), iii.
le SMR (small multidrug resistance), iv. la superfamiglia MFS
(major facilitator superfamily) e v. la famiglia RND (resistance-nodulation-cell
division) [22,23].
Per comprendere appieno i vari aspetti della resistenza antimicrobica
è, infine, utile distinguere il fenomeno dell’AMR
dal concetto di persistenza. Se un batterio è resistente ad un
determinato agente antimicrobico, anche tutte le cellule figlie
saranno resistenti. La persistenza, viceversa, è un fenomeno
per cui le cellule batteriche non sono sensibili al farmaco ma
non posseggono geni di resistenza che possono essere trasmessi
alla progenie o trasmessi per via orizzontale. La persistenza è
dovuta al fatto che alcune cellule in una popolazione batterica
possono trovarsi in fase di crescita stazionaria in uno stato
dormiente; e la maggior parte degli agenti antimicrobici non
ha alcun effetto sulle cellule che non crescono e si dividono
attivamente. Queste cellule persistenti si presentano con una
frequenza di insorgenza di circa l’1% in una coltura batterica in
fase stazionaria [24,25].
Appare dunque evidente che i meccanismi dell’AMR sono
tanto variabili quanto lo sono i batteri stessi. La realtà è che i
batteri sono estremamente versatili ed hanno spiccate capacità
adattive, per far fronte ai continui cambiamenti micro-ambientali
a cui vanno incontro durante il loro ciclo vitale. Per sopravvivere
devono essere in grado di sfuggire e/o resistere a sostanze
tossiche e ai prodotti di scarto del catabolismo di altri organismi.
Non dovrebbe sorprendere, pertanto, che i batteri che
colonizzano e infettano l’uomo e gli animali siano in grado di
difendersi dagli agenti antimicrobici [6]. L’allarmante aumento
della resistenza antimicrobica spinge sempre più la ricerca
scientifica a trovare modi per combattere questi agenti patogeni.
Purtroppo non esiste una risposta facile a questa problematica,
bisognerebbe essere in grado di progettare nuovi agenti
antimicrobici e chemioterapici; e un grande aiuto in questa lotta
potrebbe venire dalle sostanze naturali, estratte ad esempio da
piante, dalle quali sono state ricavate diverse molecole con proprietà
antimicrobiche [26-28].
In tutti i campi di utilizzo sono state, pertanto, intraprese
delle strategie chiave volte ad affrontare il problema dell’AMR:
82 Il Giornale dei Biologi | Marzo 2020