L'esposizione a basse dosi agli antibiotici può avere un forte impatto sui batteri intestinali

Un antibiotico che si trova comunemente a basse concentrazioni nell'ambiente può avere importanti impatti sui batteri intestinali, riferiscono i ricercatori dell'Università dell'Oregon.

Lo studio, pubblicato questa settimana in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , ha applicato la microscopia tridimensionale a zebrafish quasi trasparente per mostrare come deboli livelli di antibiotici inducano cambiamenti strutturali nelle comunità batteriche intestinali che causano gravi cali nelle popolazioni batteriche.

Bassi livelli di antibiotici si trovano spesso come contaminanti ambientali, per esempio dall'uso diffuso nell'allevamento del bestiame. È noto che gli antibiotici deboli possono alterare drasticamente il microbioma intestinale umano, ma perché questo accade è stato un mistero.

Raghuveer Parthasarathy, professore di fisica e membro dell'Istituto di Biologia Molecolare dell'UO

Le larve di zebrafish sono un buon modello per affrontare il mistero, Parthasarathy ha detto, perché condividono molte somiglianze anatomiche con gli umani e altri vertebrati, e i loro microbi intestinali possono essere osservati direttamente.

Il dottorando Brandon H. Schlomann e il ricercatore postdottorato Travis J. Wiles hanno guidato il progetto, in cui le larve sono state osservate al microscopio 3D in quanto esposte a concentrazioni dell'antibiotico ciprofloxacina a livelli paragonabili a quelli spesso riscontrati nei campioni ambientali.

I ricercatori hanno esaminato separatamente il pesce zebra che trasporta una delle due diverse specie batteriche che si trovano frequentemente nell'intestino del pesce zebra. I batteri di una delle specie sono mobili e nuotano velocemente. I batteri delle altre specie sono quasi completamente aggregati in dense colonie.

In presenza dell'antibiotico, entrambi i tipi di batteri hanno mostrato cambiamenti drammatici nel loro comportamento. Le specie normalmente mobili diventavano molto più lente e formavano aggregati. Le specie normalmente aggregate si sono spostate nella struttura per formare colonie ancora più grandi, con minore frammentazione.

In entrambi i casi, la maggiore aggregazione rendeva i batteri più sensibili alle contrazioni meccaniche dell'intestino, portando ad una maggiore espulsione dall'intestino e gocce più di cento volte nelle popolazioni intestinali.

"Le nostre scoperte, "Parthasarathy ha detto, "suggeriscono che a causa dell'attività fisica dell'intestino, la contaminazione da antibiotici induce cambiamenti molto più grandi nel microbioma intestinale di quanto si possa sospettare semplicemente studiando i batteri da soli. In un senso, l'intestino amplifica gli effetti di antibiotici deboli".

Sulla base delle loro osservazioni, i ricercatori hanno sviluppato un modello matematico della dinamica batterica nell'intestino, con previsioni per le dimensioni delle colonie che corrispondevano ai dati sperimentali. Il modello è simile a quelli della crescita di polimeri e microparticelle, mostrando, scrivono i coautori, che i metodi sviluppati in fisica possono essere applicati fruttuosamente agli studi sul microbioma intestinale.

Parthasarathy si aspetta che i risultati del team si applichino a qualcosa di più del pesce zebra.

"Un'ampia gamma di batteri risponde agli antibiotici deboli modificando la loro forma e i comportamenti di aggregazione, " ha detto. "Tutti gli intestini dei vertebrati - inclusi quelli umani - trasportano cibo e microbi, e la loro meccanica guida il movimento dei gruppi batterici. Sospettiamo, perciò, che le cose che abbiamo scoperto sono abbastanza generali tra le specie, compresi gli esseri umani e altri animali".

Il modello, Parthasarathy e colleghi scrivono, fornisce un quadro per la valutazione delle perturbazioni antibiotiche nell'uomo e in altri animali. Il team di cinque membri suggerisce che l'espulsione di batteri vivi esposti agli antibiotici dall'intestino degli animali attraverso il processo di aggregazione potrebbe essere un meccanismo per la diffusione della resistenza agli antibiotici.

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