Assessment of environmental factors in expression of heavy metal resistance genes in clinical Pseudomonas aeruginosa isolates associated with urinary tract infections

I metalli pesanti sono elementi come il rame, lo zinco e il nichel che esistono naturalmente nella terra, ma possono diventare pericolosi quando si accumulano nella nostra acqua e nel nostro cibo. Sebbene alcuni di questi metalli siano essenziali per il funzionamento del nostro corpo in piccolissime quantità, un eccesso di essi può danneggiare i reni, il fegato e il sistema nervoso. Quando questi metalli entrano nell'ambiente attraverso i rifiuti industriali o il suolo contaminato, non si degradano; al contrario, persistono e risalgono la catena alimentare. Un aspetto particolarmente preoccupante di questo inquinamento è il modo in cui interagisce con i batteri. Proprio come i batteri possono evolversi per sopravvivere agli antibiotici, possono anche sviluppare difese contro i metalli pesanti. Queste difese sono spesso codificate in geni specifici che agiscono come scudi, permettendo ai batteri di pompare i metalli tossici fuori dalle loro cellule o di intrappolarli in sicurezza all'interno. Quando i batteri che causano infezioni nell'uomo trasportano questi geni di resistenza ai metalli, la coesistenza di questi geni con i meccanismi di resistenza agli antibiotici rende le conseguenti infezioni del tratto urinario più difficili da trattare.

In uno studio recente condotto nella provincia di Balochistan, in Pakistan, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di comprendere il legame tra l'inquinamento da metalli pesanti nell'ambiente e le infezioni del tratto urinario causate da un tipo specifico di batterio chiamato Pseudomonas aeruginosa. Questo batterio è una causa comune di infezioni nel tratto urinario, che comprende la vescica e i reni. Il team, lavorando dalla Università di Balochistan, voleva vedere se i batteri trovati nell'urina dei pazienti fossero non solo resistenti agli antibiotici, ma portassero anche geni che consentissero loro di sopravvivere all'esposizione ai metalli pesanti. Avevano ipotizzato che i livelli di metalli nella fornitura idrica locale potessero influenzare direttamente i livelli di questi metalli trovati nell'urina dei pazienti, e che questa pressione ambientale stesse aiutando i batteri a diventare più resilienti.

Per indagare su questo, i ricercatori hanno raccolto campioni di urina da duecento persone con sospetta infezione del tratto urinario in sette diverse regioni del Balochistan, tra cui Quetta, Harnai e Khuzdar. Hanno anche raccolto campioni d'acqua dalle stesse aree per testare la presenza di metalli pesanti. In laboratorio, hanno prima confermato quali campioni di urina contenessero effettivamente un'infezione e poi hanno isolato i batteri Pseudomonas aeruginosa da tali campioni. Una volta ottenute le colture pure dei batteri, hanno testato quanto bene i microbi potessero sopravvivere quando esposti a diversi metalli pesanti, come cadmio, zinco, cobalto, rame, cromo e nichel. Lo hanno fatto posizionando i batteri su piastre con diverse concentrazioni di questi metalli per trovare la quantità minima che impedisse la crescita dei batteri. Questa misurazione, nota come concentrazione minima inibente, ha aiutato a determinare i livelli di tolleranza dei batteri.

Lo studio ha rivelato che i batteri erano effettivamente capaci di sopravvivere a quantità significative di questi metalli. Quando esposti al rame, i batteri smettevano di crescere a una concentrazione di 0,0313 molar, mentre il nichel mostrava l'effetto inibitorio più forte, bloccando la crescita a soli 0,0078 molar. Ancora più importante, i ricercatori hanno utilizzato test genetici per cercare i geni specifici responsabili di questa resistenza. Hanno scoperto che la stragrande maggioranza degli isolati batterici possedeva il gene copA, che aiuta i batteri a resistere al rame, e il gene czcA, che protegge contro cadmio, zinco e cobalto. Altri geni, come ncc (associato a nichel, cadmio e cobalto), sono stati rilevati in una parte degli isolati. Sebbene lo studio avesse identificato il gene merA (legato alla resistenza al mercurio) e il gene chrR (legato alla resistenza al cromo) nella popolazione batterica, la ricerca si è concentrata sul rilevamento delle concentrazioni di metalli pesanti di cadmio, zinco, cromo, rame, cobalto e nichel nei campioni. Ciò ha confermato che i batteri che causano queste infezioni possiedono il corredo genetico per resistere allo stress da metalli pesanti.

Il collegamento tra l'ambiente e il corpo umano è diventato chiaro quando il team ha analizzato i campioni di acqua e urina per il contenuto di metalli. Hanno scoperto che l'acqua in alcune regioni, in particolare Harnai e Kalat, conteneva alti livelli di metalli pesanti, spesso superiori ai limiti di sicurezza raccomandati dall'Organizzazione Mondiale della Sanità. Ad esempio, l'acqua di Harnai presentava i livelli più alti di cadmio e di solidi disciolti totali, mentre Kalat mostrava i livelli più alti di zinco. Fondamentalmente, lo studio ha trovato un forte legame statistico tra i livelli di metalli nell'acqua e i livelli di metalli nell'urina delle persone che vivono in quelle aree. Laddove l'acqua presentava alte concentrazioni di zinco, cromo, rame e nichel, i campioni di urina della popolazione locale mostravano alte concentrazioni di quegli stessi metalli. Ciò suggerisce che la fornitura idrica locale sia una fonte primaria di esposizione ai metalli per la comunità.

I ricercatori hanno anche misurato le proprietà fisiche dell'acqua, come l'acidità e la conducibilità elettrica, riscontrando variazioni significative tra le diverse regioni. Queste variazioni correlavano con le concentrazioni di metalli, dipingendo l'immagine di un paesaggio diversificato ma pesantemente contaminato. Lo studio ha concluso che gli alti livelli di metalli pesanti nell'acqua e nel suolo del Balochistan contribuiscono probabilmente all'accumulo di questi metalli nel corpo umano. Questo accumulo, a sua volta, crea un ambiente in cui batteri come Pseudomonas aeruginosa sono costantemente messi alla prova dalla tossicità dei metalli. Per sopravvivere, questi batteri si affidano ai loro geni di resistenza, e la coesistenza di questi geni di resistenza ai metalli con i meccanismi di resistenza agli antibiotici rende le infezioni che causano più difficili da gestire. I risultati evidenziano un percorso diretto dall'inquinamento ambientale ai rischi per la salute umana, mostrando che la qualità della nostra acqua non è solo una questione di gusto o chiarezza, ma un fattore fondamentale nel comportamento della vita microscopica dentro di noi.