CIBIO. Foto di Efrem Bertini, archivio Università di Trento.

Ricerca

FIBROSI CISTICA E INFEZIONI BATTERICHE: L’APPROCCIO GENOMICO

Migliorare l’efficienza delle terapie per la prevenzione e il trattamento dell'infezione

20 settembre 2017
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di Alfonso Esposito e Olivier Jousson
Rispettivamente assegnista di ricerca e professore associato presso il Centro di Biologia Integrata dell’Università di Trento.

La fibrosi cistica è la malattia genetica più frequente nelle popolazioni caucasiche: l'incidenza è di circa 1 persona su 2500, con ampie fluttuazioni a seconda dell'etnia e della zona geografica. I pazienti affetti da fibrosi cistica soffrono di problemi al sistema respiratorio, al pancreas, all’intestino e ad altri organi, principalmente connessi a un'aumentata viscosità del muco dovuta a una anomala escrezione del cloro. Nei polmoni dei pazienti con fibrosi cistica viene creato un ambiente tale che alcuni batteri provocano gravi infezioni, inizialmente intermittenti e successivamente croniche. In questo ultimo stadio i batteri sviluppano resistenza agli antibiotici, formano complesse strutture denominate biofilm e tendono ad acquisire ulteriori tratti che le proteggono dall’attacco del sistema immunitario. In questi condizioni i microbi diventano virtualmente impossibile da eradicare e rappresentano la principale causa di mortalità in questi pazienti.

Il nostro gruppo di ricerca, il laboratorio di Genomica microbica del Centro di Biologia Integrata (CIBIO), porta avanti una serie di linee di ricerca focalizzate alla comprensione dei meccanismi evolutivi e di adattamento, che avvengono durante tutto l'arco dell'infezione. L'approccio utilizzato è quello della genomica comparativa, ovvero il confronto delle informazioni codificate nel genoma di ceppi isolati da diversi pazienti e/o dallo stesso paziente a diversi stadi dell'infezione, per individuare le mutazioni responsabili degli adattamenti acquisiti dal batterio stesso. Il batterio più studiato sotto questo punto di vista è Pseudomonas aeruginosa. La maggior parte delle terapie si focalizzano sull’eradicazione o il contenimento di questo batterio, ma non è tuttavia l'unico microbo che colonizza i polmoni dei pazienti con fibrosi cistica. Il ruolo nel peggioramento della funzione respiratoria e lo sviluppo di nuove terapie contro altri patogeni opportunisti detti "emergenti" rappresentano la nuova frontiera della ricerca in questo campo.

In un recente articolo, pubblicato sulla rivista "Frontiers in Microbiology", il nostro gruppo di ricerca, in collaborazione con l'Università “G. d'Annunzio" di Chieti e l'ospedale "Bambino Gesù" di Roma, ha condotto uno studio multidisciplinare per la caratterizzazione genomica e fenotipica di 91 isolati di Stenotrophomonas maltophilia (un patogeno emergente presente in circa il 15% dei pazienti) isolati da 10 pazienti con fibrosi cistica in un arco temporale di 12 anni. L'analisi comparativa dei loro genomi ha permesso di individuare 11 ceppi nuovi, aumentando il numero di ceppi conosciuti in totale del 10%, e ha consentito di determinare quali di essi fossero più diffusi tra i pazienti e più persistenti in un dato paziente nel corso del tempo.

Un'ulteriore scoperta interessante riguarda il rimescolamento e il trasferimento orizzontale di geni (quello che avviene tra cellule batteriche non strettamente imparentate), che sembrano giocare un ruolo fondamentale nel determinare la diversità genetica di questa specie. Lo studio ha evidenziato alcuni geni che tendono ad accumulare mutazioni nel corso del processo infettivo e che potrebbero essere coinvolti nel processo di adattamento del batterio all’ambiente polmonare. Complessivamente il progetto ha messo in evidenza l'estrema variabilità genetica della popolazione batterica e costituisce una base per future ricerche mirate a comprendere quali sono gli adattamenti più rilevanti e a identificare i geni responsabili, con lo scopo di diversificare e migliorare l’efficienza delle terapie volte alla prevenzione e al trattamento dell'infezione.