Davvero non esiste una soluzione al problema della resistenza agli antibiotici? Antidoti futuri ai "superbatteri" →

I microrganismi patogeni che causano malattie negli esseri umani sono presenti in ogni aspetto della nostra vita e siamo costantemente esposti al rischio di infezioni batteriche. Esiste una creatura che spaventa i batteri e svolge un ruolo nel contrastarli in natura?

Oggi condivideremo con voi un virus magico nel mondo ecologico: il batteriofago .

1 Che cosa è un batteriofago?

Il batteriofago è un virus che può infettare e invadere microrganismi come batteri, funghi e attinomiceti. Il suo nome deriva dalla parola greca " phagos ", che significa "divorare", e deve il suo nome principalmente alla sua capacità di lisare i batteri ospiti [1-2]. Sebbene non li conosciamo, sono più comuni tra noi dei batteri. Sono entità biologiche abbondanti e diversificate sulla Terra: il loro numero ammonta a circa 1031, ovvero circa 10 volte di più dei batteri. Controllano il numero di batteri e si evolvono insieme a loro[3].

I batteriofagi furono scoperti nel 1915, 13 anni prima degli antibiotici oggi ampiamente utilizzati. Tuttavia, a causa dello scoppio della prima guerra mondiale, la ricerca sui batteriofagi, difficili da coltivare e con uno spettro di ospiti ristretto, venne sospesa. Nel 1928 fu introdotto il primo antibiotico: la penicillina.

L’incredibile effetto terapeutico della penicillina ha superato di gran lunga i batteriofagi, spingendo la maggior parte degli scienziati a spostare la propria attenzione sullo sviluppo di antibiotici più efficaci [4]. Tuttavia, un piccolo numero di scienziati continua a impegnarsi nello studio delle proprietà fondamentali dei batteriofagi e della terapia delle malattie. Li studiano in silenzio da un centinaio di anni, gettando solide basi per l'attuale utilizzo dei batteriofagi come trattamento alternativo per le infezioni batteriche resistenti ai farmaci.

Negli ultimi anni, a causa dell'abuso di antibiotici, del lento progresso nello sviluppo di nuovi antibiotici e del rapido aumento del numero e dei tipi di batteri resistenti ai farmaci, gli scienziati hanno ideato la terapia fagica a lungo dormiente per trovare soluzioni e curare meglio i pazienti.

2 Come funzionano i batteriofagi

I batteriofagi hanno un elevato grado di specificità, in altre parole un fago può attaccare solo una gamma limitata di batteri (quel tipo di batterio o le sue varianti). Esistono due tipi di batteriofagi: i fagi virulenti e i fagi temperati. Il loro atteggiamento nei confronti dei batteri è esattamente come il loro nome: uno è "feroce", l'altro è "gentile".

Dopo aver identificato l'antigene di superficie batterico corrispondente, il fago si attacca alla superficie, usa le spine nascoste sotto la coda per perforare il guscio batterico e inietta il proprio DNA o RNA nel batterio tramite compressione della coda. Il fago virulento utilizza i nutrienti dei batteri per replicare rapidamente il materiale genetico e assemblare nuovi fagi. Il fago temperato non ha fretta di replicarsi. Per prima cosa integra la propria sequenza genetica nel cromosoma batterico, quindi si divide mentre i batteri si dividono, tramandandosi di generazione in generazione. Quando necessario, riavvia la sua capacità di lisi, si riproduce e si assembla rapidamente. Alla fine i batteri si lisano e muoiono a causa dell'eccessiva pressione interna, liberando il fago. Il fago appena rilasciato cerca immediatamente nuovi bersagli e ripete i passaggi sopra descritti per uccidere i batteri patogeni. I fagi attualmente utilizzati nella terapia fagica sono principalmente fagi virulenti.

3 Caratteristiche dei batteriofagi

I batteriofagi hanno elevata specificità e diversità:

Come accennato in precedenza, un batteriofago può sostanzialmente attaccare solo una gamma limitata di batteri (quel tipo di batterio o le sue varianti). I batteriofagi sono abbondanti in natura e i batteriofagi con diversi intervalli di riconoscimento si presentano anche in varie forme e dimensioni.

I batteriofagi sono altamente efficaci:

I batteriofagi hanno forti capacità di replicazione e proliferazione. Si moltiplicano a un ritmo esponenziale nella zona infetta e possono eliminare rapidamente (entro 24 ore) ed efficacemente i patogeni.

I batteriofagi hanno una buona biosicurezza:

I batteriofagi sono insensibili ad altri batteri non specifici e non distruggono la flora batterica. Allo stesso tempo, poiché i batteriofagi sono autolimitanti e non possono sopravvivere al di fuori dell'ospite batterico, una volta che l'ospite scompare, i batteriofagi si degradano e vengono escreti dal corpo e non rimarranno nel corpo[5].

4 Applicazione del batteriofago

La terapia fagica è entrata gradualmente nelle nostre vite. Mentre il problema della resistenza agli antibiotici continua a peggiorare, i fagi hanno fatto progressi nel trattamento di numerose malattie causate da infezioni batteriche, come trattamento alternativo per le infezioni batteriche resistenti ai farmaci. Le principali direzioni dell'attuale terapia fagica sono la terapia fagica totale e la terapia con preparazione enzimatica litica.

Gli scienziati sfruttano l'elevata specificità dei batteriofagi e mescolano più fagi con diversi spettri antibatterici per creare un "preparato cocktail". Questa terapia è chiamata " terapia cocktail " ed è un metodo comunemente utilizzato nella terapia fagica completa. Per migliorare l'effetto battericida, oggi si ricorre all'uso sinergico di batteriofagi e antibiotici.

I prodotti a base di fagi medici attualmente sviluppati coprono malattie causate da una varietà di batteri , come l'infiammazione purulenta causata da Staphylococcus aureus, la febbre tifoide, la gastroenterite acuta o la sepsi causata da Salmonella typhi e Salmonella paratyphi, la dissenteria batterica causata da Shigella, le malattie infettive causate da Listeria e Klebsiella, nonché l'enterocolite, la colite acuta e cronica, la disbatteriosi e l'infiammazione infettiva di orecchie, naso e gola causata da altri batteri patogeni.

Le malattie che i batteriofagi sono coinvolti nella prevenzione includono malattie streptococciche, malattie da Escherichia coli e altre malattie gastrointestinali, eliminando possibili batteri colonizzatori durante il trapianto di organi, aumentando il tasso di successo del trapianto di organi e regolando la flora di più siti epidermici per prevenire le infezioni batteriche [6].

5 I batteriofagi potrebbero essere l'antidoto ai "super batteri"

Con "superbatteri" si intendono batteri multifarmaco-resistenti che resistono a quasi tutti gli antibiotici e quindi sfuggono alla morte. Una volta che siamo stati infettati da questi batteri, è difficile curarli e un tempo non esisteva alcuna cura, il che rappresentava una grande minaccia per la nostra salute.

Solitamente gli scienziati hanno solo due modi per risolvere questo problema: uno è continuare a sviluppare nuovi antibiotici per combatterli e sviluppare con successo delle alternative prima che i superbatteri sviluppino una nuova resistenza ai farmaci; l'altro è trovare un altro modo e usare la terapia fagica per ucciderli di sorpresa senza resistenza fagica.

Al giorno d'oggi, lo sviluppo degli antibiotici è entrato in una fase di stallo e la velocità di sviluppo è lenta. È particolarmente difficile utilizzare nuovi antibiotici per alleviare la pressione esercitata dai superbatteri. I batteriofagi potrebbero rappresentare l'antidoto contro i superbatteri e allo stesso tempo dare speranza di vita ai pazienti affetti da gravi infezioni batteriche multifarmaco-resistenti.

Lo stretto spettro di ospiti dei batteriofagi consente di selezionare specifici agenti patogeni ed evitare la flora normale. In questo modo si garantisce un trattamento senza arrecare danni ai pazienti. Risolve il problema degli antibiotici che attaccano indiscriminatamente i patogeni e la normale flora batterica e fornisce una nuova idea per prevenire problemi simili a quelli causati dagli antibiotici che danneggiano il corpo umano stesso.

È arrivata l'era dei batteriofagi. Aspettiamo con ansia la sua inclusione nella medicina quotidiana e combattiamo insieme l'invasione dei batteri patogeni.

Il tema scientifico divulgativo di questo articolo deriva dalle 10 frontiere più calde nel campo delle scienze biologiche nel rapporto "Research Frontiers 2024"

【Riferimenti】

[1] Cong Cong, Li Jibin, Wang Lili et al. Studio sui primi documenti storici sui batteriofagi in Cina[J]. Medicina straniera (antibiotici), 2023,44(2):73-82.

[2] Dion MRB, Oechslin F, Moineau S. Diversità dei fagi, genomica e filogenesi[J]. NATURE REVIEWS MICROBIOLOGIA, 2020,18:125.

[3] Salmond GPC, Fineran P C. Un secolo del fago: passato, presente e futuro[J]. Rivista di microbiologia della natura, 2015,13(12):777-786.

[4] Il principe Hong Ruoxuan. Revisione dei progressi della ricerca sulla terapia fagica per le infezioni batteriche[J]. Commercio e industria moderni, 2019(13):71-74.

[5] Zhang Zhihong, Zhong Youhong, Wang Peng. Stato della ricerca sulla terapia fagica[J]. Rivista cinese di medicina tropicale, 2021, 21(7): 698-703.

Redattore: Liu Yang e Zhao Na

Revisionato da Li Na e Li Yule

Produttore: Peng Bin

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