Virus intestinali evolvono nuove tattiche contro i batteri e possono combattere i superbatteri

I virus che colpiscono e uccidono in modo selettivo i batteri, noti anche come batteriofagi o semplicemente fagi, infettano i batteri ma lasciano in pace le cellule umane. Una volta attaccati a una cellula batterica, iniettano il proprio materiale genetico, prendono il controllo della macchina cellulare e la costringono a produrre nuovi fagi finché il batterio non esplode.

Il problema è che i batteri possono sviluppare difese contro i fagi, così come sviluppano resistenza agli antibiotici.

La nuova ricerca suggerisce che i fagi dispongono di una propria contromisura evolutiva.

Secondo lo studio (fonte in inglese), pubblicato giovedì su Nature Microbiology, alcuni virus che vivono nell’intestino umano possono generare rapidamente variazioni genetiche nella loro progenie, aumentando le probabilità che almeno una parte sopravviva quando i batteri contrattaccano.

Questa scoperta potrebbe aprire una nuova strada nella ricerca di alternative agli antibiotici, in un momento in cui le infezioni resistenti ai farmaci sono sempre più difficili da trattare.

I ricercatori della Michigan State University hanno individuato regioni finora poco considerate dei genomi dei batteriofagi che agiscono come veri e propri "hotspot" genetici, permettendo ai virus di modificare ripetutamente geni chiave man mano che si replicano.

Ciò suggerisce che queste regioni aiutino i fagi a diversificare le proprie strategie evolutive contro le difese batteriche. Invece di produrre una popolazione di virus geneticamente identici, generano una prole diversa, con caratteristiche differenti, aumentando così la probabilità che alcuni riescano a continuare a infettare e uccidere i loro ospiti batterici.

"Questo cambia la nostra comprensione di come si evolvono i fagi", ha dichiarato (fonte in inglese) il coautore Chris Waters, docente al programma di Ecologia, Evoluzione e Comportamento della Michigan State University. "Invece di limitarsi a sfruttare i loro ospiti per produrre in massa copie identiche di se stessi, in realtà usano questi hotspot di mutazione per creare una sorta di zoo", ha aggiunto, sottolineando che i fagi "in sostanza diversificano le loro scommesse".

Una via di fuga genetica

I ricercatori hanno studiato il batteriofago T2, che infetta l’E. coli, dopo aver esaminato un sistema di difesa batterico in grado di riconoscere e distruggere il DNA fagico invasore.

Il team ha trasferito questo sistema di difesa nell’E. coli in laboratorio ed ha esposto i batteri ai fagi.

La protezione però non è durata.

Nel giro di poche ore i fagi hanno iniziato a superare le difese batteriche.

"Nel giro di poche ore i fagi cominciavano sempre a vincere", ha detto Waters. "Non riuscivamo a capire perché", ha aggiunto.

Quando i ricercatori hanno sequenziato i virus resistenti, hanno trovato mutazioni ripetute in un gene chiamato agt, in particolare in un tratto di DNA ripetitivo. "Quando ho visto i dati, ho pensato: 'oh, mio Dio'", ha raccontato Waters.

Quella sequenza si è rivelata essere ciò che gli scienziati chiamano locus di contingenza (contingency locus), una regione altamente mutabile in cui la macchina che copia il DNA può "scivolare" mentre replica sequenze ripetute.

Il risultato è una mutazione a scorrimento del quadro di lettura (frameshift) reversibile, che può modificare il modo in cui vengono lette le istruzioni del gene.

Alcuni fagi acquistano una ripetizione in più, altri ne perdono una. Il risultato è una popolazione che contiene versioni diverse del virus, potenzialmente con differenti capacità di eludere le difese batteriche.

I ricercatori hanno scoperto che queste regioni ripetitive accumulano mutazioni a una velocità migliaia di volte superiore rispetto al resto del genoma del fago.

E il meccanismo non è limitato a un singolo virus.

Utilizzando esperimenti di evoluzione in laboratorio e il sequenziamento dei genomi, i ricercatori hanno trovato loci di contingenza simili nel fago T4 dell’E. coli. Hanno inoltre osservato che semplici sequenze ripetute sono diffuse in diversi fagi dell’E. coli, anche se la loro abbondanza varia tra i geni con funzioni differenti.

Potrebbe aiutare a curare i superbatteri?

Lo studio arriva mentre scienziati e responsabili politici cercano alternative agli antibiotici.

La terapia con fagi non è una novità. I fagi venivano utilizzati a scopo terapeutico già negli anni Venti per trattare infezioni batteriche, ma l’interesse per questo approccio è diminuito dopo la diffusione su larga scala di antibiotici come la penicillina.

Oggi la crescita della resistenza agli antimicrobici ha riacceso l’interesse.

Il fascino di questo approccio risiede in parte nella sua specificità. Mentre molti antibiotici possono uccidere i batteri benefici insieme al patogeno che devono colpire, singoli fagi possono essere altamente selettivi per determinate specie o ceppi batterici.

Ma questa stessa specificità rappresenta anche un punto debole: i batteri possono evolvere resistenza a un fago, rendendo potenzialmente inefficace il trattamento.

Le scoperte della Michigan State lasciano intravedere la possibilità che un giorno gli scienziati possano sfruttare le strategie evolutive dei virus stessi per rendere le terapie con fagi più robuste.

"Se riusciremo a sfruttare questo tipo di trucchi evolutivi, potremmo sviluppare terapie con fagi più efficaci in risposta alla crisi della resistenza agli antibiotici", ha dichiarato Waters.

"Non riusciremo mai a eliminare del tutto la resistenza", ha aggiunto. "Ma se riusciremo a capire meglio come i batteri si proteggono dall’infezione da fago e come i fagi reagiscono, potremmo riuscire a ridurla al minimo".

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