Un nuovo approccio per analizzare il DNA dei microrganismi direttamente durante l’infezione.
Una delle sfide principali della medicina contemporanea è la resistenza agli antibiotici, la capacità di un batterio di sopravvivere e moltiplicarsi anche in presenza dei farmaci progettati per eliminarlo. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, essa rappresenta una delle più gravi minacce alla salute globale. Un’analisi pubblicata su “The Lancet” ha stimato che nel 2021 oltre 1,1 milioni di persone siano morte a causa di infezioni resistenti, e più di 4 milioni di decessi sono stati associati ad antibiotico resistenza. I ceppi batterici multiresistenti mettono a rischio terapie che fino a pochi anni fa erano considerate sicure ed efficaci. Le conseguenze? Cure che non funzionano, degenze più lunghe e in molti casi complicanze gravi.
(Immagine generata con IA).
Nuove soluzioni contro l’antibiotico resistenza
La genomica in tempo reale è una tecnologia che consente di analizzare il DNA dei microrganismi direttamente durante l’infezione, riducendo drasticamente i tempi rispetto ai tradizionali metodi di coltura, che richiedono diversi giorni. In questo contesto, le tecniche di genomica, come il nanopore sequencing, stanno guadagnando sempre più attenzione. Diversi gruppi di ricerca stanno dimostrando che queste tecnologie possono superare i limiti delle metodiche tradizionali di microbiologia clinica.
Un recente studio condotto da un gruppo di ricerca dell’Università di Monaco ha portato alla luce questa possibilità. Gli studiosi hanno analizzato il caso di un paziente immunocompromesso con una grave infezione da Klebsiella pneumoniae multiresistente, un batterio tra i più problematici a livello ospedaliero. Inizialmente i test diagnostici avevano identificato un’infezione da Klebsiella pneumoniae resistente ai carbapenemi, una classe di antibiotici molto potenti. Questa resistenza era dovuta alla produzione di un enzima capace di renderli inefficaci. Per questo motivo la terapia antibiotica era stata modificata, scegliendo un farmaco considerato efficace contro questo tipo di resistenze, e spesso considerato l’ultima risorsa contro infezioni difficili da trattare.
Tuttavia, dopo un miglioramento iniziale, il batterio ha sviluppato ulteriore resistenza, senza che le metodiche tradizionali fossero in grado di rilevarne il meccanismo. Solo il sequenziamento in tempo reale ha permesso di scoprire che il problema era dovuto ad una variante specifica del gene blaKPC-14, capace di conferire resistenza al farmaco, pur “mascherando” la sensibilità ai carbapenemi.
Dalla coltura al DNA: cosa cambia con la genomica in tempo reale
Grazie al sequenziamento in tempo reale, il team ha individuato un piccolo plasmide, cioè un frammento di DNA indipendente dal cromosoma principale del batterio, presente in pochi batteri e contenente diversi geni legati alla resistenza agli antibiotici. In particolare, è emerso che il gene blaKPC-14 era il principale responsabile della resistenza al farmaco impiegato.
Con l’esposizione all’antibiotico, i batteri portatori di quel plasmide sono stati selezionati e sono diventati predominanti, rendendo il batterio resistente e la terapia inefficace. Se questa informazione fosse stata disponibile subito, i medici avrebbero potuto modificare la terapia precocemente, ad esempio usando combinazioni alternative, migliorando le possibilità di guarigione.
Per identificare il plasmide, il team ha utilizzato la tecnica del nanopore sequencing. Questa tecnica si basa su tre principi:
- i frammenti di DNA vengono fatti passare attraverso minuscoli pori (nanopori),
- ogni base azotata del DNA (A, T, C, G) altera il segnale elettrico in modo diverso,
- un software interpreta in tempo reale questi segnali e li traduce nella sequenza genetica del batterio
Risultato? In poche ore i medici sanno non solo chi è l’agente infettivo, ma anche quali sono i geni di resistenza coinvolti.
Un dettaglio che può cambiare la terapia
Il risultato non è banale: senza questa informazione, i clinici avrebbero continuato a somministrare un antibiotico inefficace, con il rischio di selezionare ulteriormente ceppi resistenti. La capacità del nanopore sequencing di intercettare plasmidi rari, ma clinicamente rilevanti, potrebbe rivoluzionare la gestione delle infezioni complesse.
Inoltre, l’analisi ha mostrato che, nel corso dell’infezione, i plasmidi non solo erano presenti, ma variavano anche nel numero di copie. Questo fenomeno può aumentare l’espressione dei geni di resistenza e favorire la sopravvivenza dei batteri quando sono sottoposti alla pressione degli antibiotici. Questo tipo di dettaglio molecolare difficilmente emerge dalle metodiche standard, ma ha un impatto diretto sulle decisioni terapeutiche e sulle strategie di prevenzione delle infezioni ospedaliere.
Il futuro della diagnosi: tra routine e innovazione
Da un lato, i metodi classici restano fondamentali nella routine ospedaliera per la loro affidabilità e standardizzazione; dall’altro, casi complessi come questo mostrano che talvolta è necessario ricorrere a tecniche avanzate, come il sequenziamento, per individuare resistenze difficili da rilevare. La combinazione dei due approcci non è teoria astratta, ma una prospettiva reale che richiede solo ulteriore validazione clinica e standardizzazione. Secondo i ricercatori, uno dei punti di forza del nanopore sequencing è anche il costo relativamente contenuto rispetto ad altre piattaforme genomiche, caratteristica che potrebbe renderlo accessibile non solo nei centri di ricerca d’avanguardia, ma anche in ospedali con risorse più limitate.
Perché questo ci riguarda da vicino?
Non si tratta di un problema confinato al laboratorio. La presenza di plasmidi multipli nelle infezioni accelera la diffusione della resistenza, anche tra batteri diversi. Questo significa che infezioni oggi considerate comuni e banali, come urinarie, respiratorie o cutanee, potrebbero presto diventare molto più difficili da trattare.
La genomica in tempo reale offre tre vantaggi cruciali:
- Velocità: risultati in ore invece che in giorni.
- Precisione: rileva resistenze invisibili ai test fenotipici tradizionali.
- Prevenzione: consente di ridurre l’uso di antibiotici inefficaci, rallentando la diffusione della resistenza.
Limiti, prospettive e futuro della diagnostica genomica
La tecnologia genomica non è ancora perfetta: servono più dati clinici. E’ necessario il sequenziamento metagenomico che permette di analizzare tutto il materiale genetico presente in un campione, anche se ancora in fase di sviluppo, e la disponibilità non è uniforme in tutti gli ospedali. Tuttavia, i progressi sono rapidi.
In futuro, potremmo immaginare una diagnostica integrata — fenotipica e genomica — capace di identificare le infezioni in modo rapido, accurato e personalizzato. La resistenza agli antibiotici rimane un problema globale urgente, ma la genomica ci mostra come la biologia molecolare possa uscire dai laboratori e diventare uno strumento concreto per guidare terapie efficaci. Forse, non troppo lontano, sarà proprio una lettura del DNA a garantire la terapia giusta, al momento giusto.
Referenze
- Sauerborn, E. et al. Detection of hidden antibiotic resistance through real-time genomics. Nature Communications, 2024. doi: 10.1038/s41467-024-49851-4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38944650/
- Antimicrobial Resistance Collaborators. (2024). Global burden of bacterial antimicrobial resistance 1990–2021: a systematic analysis with forecasts to 2050. The Lancet, 2024. doi: 10.1016/S0140-6736(24)01867-1. https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(24)01867-1/fulltext
