Ricerche sull'antibiotico resistenza (ABR) al MEG-Verbania 
| In ambiente | Nell'intestino umano | In laboratorio | Sistemi Tossina-Antitossina | Interazione antibiotici - metalli pesanti |
In ambiente: Studiamo la diffusione della resistenza agli antibiotici più comuni all'interno delle comunità batteriche naturali nel Lago Maggiore e in ambienti acquatici a scarso impatto antropico (laghi e fiumi patagonici). Il nostro studio si focalizza sul rischio di diffusione di antibiotico resistenze specifiche e sulle conseguenze ecologiche della diffusione e della persistenza di geni di resistenza in ambiente. Questa ricerca si basa sul monitoraggio a lungo termine della presenza di geni di ABR nel popolamento batterico del lago e sul confronto di serie temporali di dati provenienti da diverse stazioni di campionamento. I risultati dei primi 18 mesi di lavoro all'interno di un Progetto di ricerca promosso dalla CIPAIS (Commissione Internazionale per la Protezione delle Acque Italo Svizzere) hanno evidenziato la presenza in quantità spesso ragguardevoli di geni di resistenza a solfonamidici e tetracicline (grafico a destra). Nella seconda metà del secolo scorso l'utilizzo di questi antibiotici è stato, mentre nell'ultimo ventennio sono stati quasi abbandonati in medicina umana pur se ne persiste l'uso nell'allevamento intensivo. Questa considerazione, alla luce dei nostri risultati, consente di ritenere verosimile che geni di resistenza a solfonamidici e tetracicline siano ormai da ritenersi costitutivi del popolamento batterico lacustre. Esiste quindi il rischio che i geni di resistenza siano stati trasferiti dai popolamenti naturali a patogeni umani presenti nelle acque del Lago Maggiore. Si sono trovati, in quantità molto inferiori ma purtroppo costanti, anche geni di resistenza agli antibiotici betalattamici (i più utilizzati in medicina) e a streptomicine. Il nostro studio, che non ha evidenziato differenze nella distribuzione spaziale delle resistenze, si focalizzerà ora sul source tracking, con l'idea di mappare le potenziali fonti di immissione di batteri antibiotico resistenti. Inoltre si volgerà anche l'attenzione alla composizione della comunità microbica del Lago Maggiore, per valutare quali gruppi batterici sono più correlati con la presenza di resistenze, e perchè. Inoltre studieremo le potenziali interazioni tra batteri ABR e organismi planctonici (per esempio Daphnia), ad oggi completamente ignorate, come potenziali reservoirs e carrier di resistenze all'interno della colonna d'acqua.
Nell'intestino umano: Studiamo l'impatto del regime alimentare sulla diffusione di batteri resistenti e di geni di resistenza agli antibiotici nell'intestino umano, la loro influenza sulla diversità e la composizione delle comunità batteriche intestinali. Il nostro studio utilizza un campione di 120 volontari appartenenti a tre gruppi: vegani, vegetariani ed onnivori. La comprensione dell'impatto della dieta nello sviluppo di ABR nel nostro intestino è fondamentale per poter modulare l'utilizzo di antibiotici in allevamento ed in agricoltura. Ad oggi sono quasi 100000 per anno i decessi per infezioni da batteri resistenti in UE e negli USA, ed il numero di resistenze monitorate in ambito ospedaliero è in costante aumento. L'effetto dell'ambiente e delle nostre abitudini alimentari è in qualche misura evidente, però ad oggi è ancora da chiarire la sua dimensione e la sua dinamica. Il nostro lavoro si propone come studio pilota a livello mondiale e sarà seguito da ricerche dettagliate dei geni di resistenza in vari gruppi di alimenti.
In laboratorio: Attraverso sistemi di colture continue e microcosmi ricostruiamo in modo semplificato l'ambiente naturale. In questo modo possiamo testare lo sviluppo di antibiotico resistenze e seguirne la diffusione in comunità batteriche semplificate che mimano quelle naturali presenti in lago, nel sedimento, in mare, o in altri substrati. In questo modo abbiamo potuto per la prima volta osservare comportamenti fenotipici (e.g. co-aggregazione) come sistema di resistenza ad antibiotici in basse dosi in ambiente. Abbiamo anche potuto ricostruire la risposta di comunità del Lago Maggiore e della Laguna di Venezia all'incremento artificiale della quantità di antibiotici a cui sono esposte. Utilizzando ceppi di E. coli isolati negli stessi ambienti abbiamo poi potuto testare la potenziale trasmissione di geni di resistenza ai patogeni ed il successo del batterio patogeno in comunità naturali esposte allo stress di antibiotico.
Sistemi Tossina-Antitossina: Salmonella è un batterio gram negativo, patogeno umano e responsabile di 155000 morti per anno in tutto il mondo (dato riferito al 2012). La principale via di infezione umana è la catena alimentare. Per questo motivo lo studio di antibiotico-resistenza in ceppi di Salmonella è di cruciale importanza. Inoltre è necessario comprendere i meccanismi di diffusione di antibiotico resistenza in Salmonella, e tra questi di particolare interesse sono i sistemi Tossina-Antitossina (TAs). Attualmente 14 differenti TAs sono conosciuti in Salmonella e di questi solo 2 sono presenti al livello plasmidico e dunque coinvolti nella diffusione di geni di antibiotico resistenza (ARGs) attraverso il meccanismo di post-segregation killing. In questo settore il lavoro del MEG è articolato su due livelli i) comprendere il ruolo dei TAs nella diffusione di antibiotico resistenza attraverso un lavoro di screening usando tecniche di microbiologia generale e ii) studiare il costo di fitness degli elementi genici (TAs-ARG) durante il processo di infezione (linee cellulari umane) attraverso metodiche molecolari (qPCR e RTqPCR).
Interazione antibiotici - metalli pesanti: Il rilascio di metalli pesanti in ambiente costituisce non solo un problema di inquinamento chimico ma anche biologico. Dal punto di vista microbiologico metalli quali Zn, Ni, Cr, Cu e Co sono necessari per la fisiologia dei micro-organismi. Altri come Pb, Cd, Hg, Ag e Au hanno ridotta utilità fisiologica ma, tuttavia, esprimono anche tossicità cellulare più o meno pronunciata. Inoltre i batteri hanno sviluppato meccanismi di resistenza a tali elementi (HMR); in particolare se ne conoscono tre i) formazione di complessi metallici o sequestro di metalli ii) detossificazione attraverso riduzione di ioni intracellulari e iii) espulsione dei metalli attraverso pompe di efflusso. Questi meccanismi possono essere legati a livello genico con elementi di resistenza agli antibiotici e possono indirettamente selezionare l'antibiotico-resistenza. Il nostro obiettivo è studiare la diffusione e la correlazione degli HMR e dei geni di antibiotico-resistenza attraverso capillari indagini molecolari nel Lago d'Orta, un ambiente molto particolare per la sua storia di inquinamento da metalli pesanti, oggi eliminato grazie alle attività di recupero ambientale promosse dal CNR-ISE nel secolo scorso.
Pubblicazioni MEG sull'antibiotico-resistenza
