Acute lethality and stress-responsive phenotypes differ among three Acinetobacter baumannii strains: phenotypic, genomic and transcriptomic analyses

Nel mondo delle malattie infettive, non tutti i batteri della stessa specie sono uguali. Immaginate una folla di persone che condividono lo stesso cognome: pur potendo sembrare simili da lontano, le loro personalità, i loro punti di forza e le loro debolezze possono essere molto diverse. Questo è vero per l'Acinetobacter baumannii, un batterio che è diventato una preoccupazione primaria negli ospedali di tutto il mondo. È un patogeno opportunista, il che significa che aspetta un'occasione per colpire, attaccando spesso pazienti già deboli, come quelli sottoposti a ventilazione meccanica o con ferite aperte. Ciò che rende questo batterio particolarmente pericoloso è la sua capacità di resistere a molti antibiotici comuni, guadagnandosi la reputazione di "superbug". Gli scienziati sanno da tempo che diversi ceppi di questo batterio si comportano diversamente in laboratorio, ma le regole che governano queste differenze sono rimaste poco chiare. Un ceppo che è letale in un topo è anche il migliore nel formare biofilm? Un ceppo che cresce velocemente in una piastra di Petri è anche il migliore nel sopravvivere nel sangue umano? Comprendere queste connessioni è vitale perché aiuta i medici a prevedere come potrebbe comportarsi una specifica infezione e come trattarla al meglio.

Un team di ricercatori ha cercato di risolvere questo enigma confrontando tre distinti ceppi di Acinetobacter baumannii che avevano storie molto diverse. Un ceppo, noto come LS01, è stato isolato da un paziente con una grave infezione polmonare ed è generalmente suscettibile agli antibiotici. Un altro, AB5075, è un ceppo ben noto e altamente resistente, spesso usato dagli scienziati come standard di riferimento per studiare come i batteri causino malattie. Il terzo, XH386, è stato trovato in un bambino con polmonite e trasporta molteplici geni di resistenza ai farmaci. I ricercatori volevano vedere se queste differenze genetiche si traducessero in schemi di comportamento chiari. Hanno sottoposto i batteri a una serie di test rigorosi, osservando come crescevano, come sopravvivevano negli organismi viventi, come si attaccavano alle cellule umane e come reagivano a stress come il siero del sangue umano e bassi dosaggi di antibiotici.

I risultati hanno rivelato una sorprendente mancanza di un singolo "super-ceppo". Invece, ogni batterio eccelleva in aree diverse, dimostrando che essere letale in un contesto non garantisce il dominio in un altro. Quando i ricercatori hanno iniettato i batteri in larve di tignola della cera, un modello comune per testare le infezioni, il ceppo LS01 si è rivelato il più letale, uccidendo la maggior parte delle larve entro quattro giorni. Questo schema si è mantenuto anche quando il team è passato ai topi. Quando i batteri sono stati introdotti nei polmoni dei topi a una dose specifica, il ceppo LS01 ha ucciso il 25% degli animali entro cinque giorni. Al contrario, i topi infettati con gli altri due ceppi, AB5075 e XH386, sono tutti sopravvissuti alla stessa sfida. Questa è stata una scoperta significativa perché ha mostrato che il ceppo spesso usato come riferimento "altamente virulento" nei laboratori non era necessariamente letale per i topi in queste specifiche condizioni, mentre un ceppo proveniente da un vero paziente lo era.

Tuttavia, la storia è cambiata quando i ricercatori hanno osservato come i batteri interagivano con le cellule e le superfici umane. Sebbene LS01 fosse il più letale per gli ospiti viventi, il ceppo XH386 era il campione dell'adesione. Quando posto su cellule polmonari umane in una capsula di Petri, XH386 si è attaccato alla superficie in modo più efficace rispetto agli altri due ceppi in esperimenti ripetuti. Ha anche formato i biofilm più forti — comunità batteriche simili a melma — quando esposto a siero di sangue umano trattato con calore. Ciò suggerisce che XH386 sia eccezionalmente bravo ad attaccarsi alle superfici e a costruire comunità protettive, anche se è meno immediatamente letale per l'intero organismo rispetto a LS01. Nel frattempo, il ceppo AB5075 mostrava il rivestimento protettivo, o capsula, più visibile attorno al proprio corpo quando osservato sotto un potente microscopio elettronico, ma ciò non lo rendeva il più letale o il migliore nell'attaccarsi alle cellule.

I ricercatori hanno anche indagato su come i batteri reagissero allo stress, come la presenza di siero del sangue umano o bassi livelli di colistina antibiotica. Hanno scoperto che le risposte dei batteri erano altamente specifiche per il ceppo e l'ambiente. Ad esempio, quando il ceppo XH386 veniva privato di ferro, un nutriente necessario per la sua sopravvivenza all'interno di un ospite, attivava un numero enorme di geni per trovare e catturare il ferro. Questa reazione era molto più forte della sua risposta all'antibiotico o al siero del sangue. Interessante è che i geni che controllavano la capacità dei batteri di resistere agli antibiotici erano chiaramente diversi tra i ceppi, corrispondendo a quanto visto dai ricercatori in laboratorio. I ceppi resistenti trasportavano strumenti genetici specifici per combattere i farmaci, mentre il ceppo suscettibile no. Eppure, i geni responsabili del causare malattie, come quelli per la produzione di biofilm o la cattura del ferro, erano presenti in tutti e tre i ceppi.

Questo porta alla conclusione centrale dello studio: avere lo stesso kit di strumenti genetici non significa che i batteri agiranno nello stesso modo. I tre ceppi condividevano la maggior parte dei geni principali necessari per causare malattie e sopravvivere allo stress, eppure si comportavano in modo molto diverso. Le differenze non derivavano dal fatto che un ceppo possedesse un gene che agli altri mancava, ma piuttosto da come ogni ceppo utilizzava i geni che già possedeva. Il ceppo LS01 era un potente killer nell'ospite vivente, il ceppo XH386 era un maestro dell'adesione e della formazione di biofilm, e il ceppo AB5075 aveva un spesso rivestimento protettivo ma mostrava una letalità intermedia. Lo studio dimostra che non si può prevedere quanto possa essere pericoloso uno specifico ceppo di Acinetobacter baumannii guardando solo la sua lista genetica o assumendo che la resistenza ai farmaci significhi che sarà più letale. Invece, il comportamento di questi batteri è un complesso mix tra il loro potenziale genetico e il modo in cui scelgono di usarlo in risposta al loro ambiente.