All’inizio dell’anno, l’OMS ha pubblicato un elenco di dodici agenti patogeni tra i più pericolosi al mondo, resistenti a un gran numero di antibiotici. Tra questi c’è il batterio Pseudomonas aeruginosa. Provoca polmoniti potenzialmente letali ed è particolarmente temuto negli ospedali. Le persone con un sistema immunitario indebolito sono particolarmente a rischio. Nei pazienti sottoposti a respirazione artificiale, le infezioni da questo germe sono spesso fatali. Il tasso di mortalità può raggiungere il 50%.
I polmoni non sono una barriera insormontabile
Gli agenti patogeni hanno sviluppato una serie di strategie per infettare i polmoni e l’organismo. I ricercatori guidati da Urs Jenal del Biozentrum dell’Università di Basilea hanno ora acquisito nuove conoscenze sul processo di infezione con l’aiuto di mini-polmoni sviluppati in laboratorio a partire da cellule staminali umane. Sulla rivista scientifica "Nature Microbiology", i ricercatori descrivono come lo Pseudomonas riesca a superare lo strato superiore del tessuto polmonare e a penetrare nelle aree più profonde. Il lavoro è stato svolto nell’ambito del Centro nazionale di competenza per la ricerca NCCR "AntiResist".I nostri polmoni sono rivestiti da uno strato sottile e denso di cellule che protegge il tessuto polmonare più profondo. Questo tessuto è anche ricoperto di muco, che intrappola sostanze estranee come i microrganismi e viene rimosso dalle vie aeree da cellule specializzate. Questo strato di cellule è quindi una barriera quasi impenetrabile per i germi invasori. Tuttavia, lo Pseudomonas ha trovato un modo per superare questa barriera. Come il germe riesca a farlo è stato a lungo un mistero.
I mini-polmoni forniscono nuove conoscenze sulle infezioni nell’uomo
Abbiamo coltivato mini-polmoni che riproducono in modo abbastanza realistico il decorso dell’infezione nei pazienti", spiega Jenal. È così che abbiamo rintracciato l’agente patogeno. Utilizza le cellule goblet che producono il muco come punto di ingresso, come cavalli di Troia. Sebbene queste cellule goblet costituiscano solo una piccola parte della mucosa polmonare, i germi le attraversano dietro la linea di difesa e aprono le porte".Con un intero arsenale di armi, i cosiddetti sistemi di secrezione, i germi penetrano in modo mirato nelle cellule del calice, vi si moltiplicano e infine uccidono le cellule. A causa dell’esplosione delle cellule, si crea un vuoto nella struttura cellulare - la barriera diventa così una falla. Gli agenti patogeni sfruttano immediatamente questo punto debole: Avanzano nella fessura e si diffondono negli strati più profondi del tessuto. Lì i batteri sono difficili da raggiungere per le cellule di difesa o gli antibiotici.
Un nuovo sensore per osservare i batteri
Con l’aiuto dei mini-lunghi, i ricercatori sono riusciti a chiarire le sofisticate tattiche dello Pseudomonas . Tuttavia, non è chiaro come gli agenti patogeni adattino il loro comportamento nel corso dell’infezione. Ad esempio, devono prima essere mobili, poi essere in grado di attaccarsi rapidamente al contatto con le cellule e successivamente aumentare il loro arsenale di armi. Sappiamo che gli agenti patogeni possono cambiare rapidamente il loro comportamento grazie a piccole molecole segnale. Finora, tuttavia, mancavano gli strumenti tecnici per indagare le relazioni esatte.Il team di Jenal ha sviluppato un sensore con cui è possibile misurare e tracciare una specifica molecola di segnalazione chiamata c-di-GMP nei singoli batteri. Il metodo è descritto nella rivista scientifica "Nature Communications". Si tratta di una svolta tecnologica", afferma Jenal. Ora possiamo vedere in tempo reale e con la massima risoluzione come questa molecola di segnalazione viene regolata nel corso dell’infezione e come controlla la virulenza del patogeno. Ora possiamo osservare quando i singoli patogeni attivano determinati programmi, ad esempio quando si attaccano per la prima volta ai tessuti e poi li attaccano. Con questo metodo, possiamo andare a fondo delle infezioni polmonari in modo ancora più preciso.
Vicino ai pazienti con modelli di organi
Grazie ai mini-polmoni, ora abbiamo una comprensione molto migliore di come gli agenti patogeni si comportano nei tessuti e presumibilmente anche nei pazienti", afferma Jenal. Questi modelli polmonari possono essere utilizzati anche per studiare l’effetto degli antibiotici nei tessuti, ad esempio dove i batteri sopravvivono durante il trattamento. Questi modelli d’organo saranno indispensabili in futuro quando si tratterà di sviluppare strategie nuove ed efficaci per combattere gli agenti patogeni.Pubblicazioni originali
A. Leoni Swart, Benoît-Joseph Laventie, Rosmarie Sütterlin, Tina Junne, Luisa Lauer, Pablo Manfredi, Sandro Jakonia, Xiao Yu, Evdoxia Karagkiozi, Rusudan Okujava e Urs Jenal.
L’invasione delle cellule del calice promuove la violazione degli epiteli respiratori da parte di un patogeno umano opportunista.
Nature Microbiology (2024), doi: 10.1038/s41564’024 -01718-6
Andreas Kaczmarczyk, Simon van Vliet, Roman Peter Jakob, Raphael Dias Teixeira, Inga Scheidat, Alberto Reinders, Alexander Klotz, Timm Maier, Urs Jenal.
Un biosensore geneticamente codificato per monitorare i cambiamenti dinamici di c-di-GMP con un’alta risoluzione temporale.
Nature Communications (2024), doi: 10.1038/s41467’024 -48295-0
