La resistenza agli antibiotici, il nome che viene dato a quel fenomeno per il quale i batteri che causano infezioni si evolvono in modo da non essere più influenzati dall’azione degli antibiotici, è un problema globale. Una nuova ricerca dell’Università di Tokyo ha mappato in laboratorio l’evoluzione e il processo di selezione naturale dei batteri Escherichia coli (E. coli). Queste mappe, chiamate “Fitness landscape”, aiutano a comprendere meglio lo sviluppo graduale e le caratteristiche della resistenza dell’E. coli a otto diversi farmaci, compresi gli antibiotici. I ricercatori sperano che i loro risultati e metodi siano utili per prevedere e controllare l‘E. coli e altri batteri in futuro.
Esistono diversi tipi di intossicazione alimentare, ma una causa comune è la crescita di batteri come l’E. coli. La maggior parte dei casi di intossicazione con questo batterio, anche se spiacevoli, possono essere gestite a casa con riposo e reidratazione. Tuttavia, in alcuni casi, possono insorgere infezioni potenzialmente letali. In tal caso, i farmaci antibiotici possono essere un trattamento potente ed efficace. Se, però, gli antibiotici non saranno più efficaci, saremo di nuovo a rischio di gravi malattie dovute a patologie comuni e ferite, anche piccole. “Lo sviluppo di metodi in grado di prevedere e controllare l’evoluzione batterica è fondamentale per individuare e sopprimere l’emergere di batteri resistenti“, ha dichiarato il ricercatore Junichiro Iwasawa, “Abbiamo quindi sviluppato un metodo innovativo per prevedere l’evoluzione della resistenza ai farmaci utilizzando i dati ottenuti da esperimenti in laboratorio”.
I ricercatori hanno utilizzato un metodo chiamato evoluzione adattativa di laboratorio, per “rivedere il nastro” dell’evoluzione dell’E. coli resistente. Il metodo ha permesso ai ricercatori di studiare l’evoluzione di ceppi batterici con specifiche caratteristiche osservabili (chiamate fenotipi) in laboratorio. “Mentre gli esperimenti convenzionali di evoluzione in laboratorio richiedono molta manodopera, abbiamo attenuato il problema utilizzando un sistema di coltura automatizzato e precedentemente sviluppato nel nostro laboratorio. Questo ci ha permesso di acquisire dati sufficienti sui cambiamenti fenotipici legati all’evoluzione della resistenza ai farmaci”, ha spiegato Iwasawa. “Analizzando i dati acquisiti, utilizzando un metodo di apprendimento automatico, siamo stati in grado di delineare il fitness landscape alla base dell’evoluzione della resistenza ai farmaci dell’E. coli“.
Gli scenari di resistenza
I paesaggi di fitness assomigliano a mappe topografiche 3D. Le montagne e le valli sulla mappa rappresentano mostrano lo sviluppo graduale della resistenza dell’escherichia coli alla tetraciclina, un antibiotico comune usato per trattare un’ampia varietà di infezioni. I batteri che si trovano in cima alle “montagne” (in rosso) hanno la migliore “forma fisica” e le maggiori probabilità di resistere agli effetti dell’antibiotico. Iwasawa ha spiegato: “Le coordinate dello scenario di fitness rappresentano gli stati interni dell’organismo, come i modelli di mutazione genica (genotipi) o i profili di resistenza ai farmaci (fenotipi), ecc. Il fitness landscape descrive, quindi, la relazione tra gli stati interni dell’organismo e i corrispondenti livelli di fitness.
Il gruppo di ricerca ritiene che l’evoluzione della resistenza agli antibiotici mappata in questo studio e i metodi sviluppati nel processo saranno utili per prevedere e controllare non solo l’E. coli, ma anche altre forme di evoluzione microbica. I ricercatori sperano che questo porti a studi futuri che possano trovare modi per sopprimere i batteri resistenti ai farmaci e contribuire allo sviluppo di microbi utili per la bioingegneria e l’agricoltura.
