Un sottoprodotto della carta contro i batteri resistenti.

Rinaldo Cervellati

Il post di Claudio sulla resistenza battèrica agli antibiotici, ben documentato, ha suscitato molti commenti. In effetti l’aumento dei ceppi di batteri resistenti agli antimicrobici è un problema di salute pubblica globale a causa della loro capacità di aumento della morbilità dei pazienti e un maggiore onere per il sistema sanitario. Secondo la stima di un’organizzazione sanitaria statunitense i batteri reagiscono costantemente mutando il loro DNA e trovando nuovi modi per resistere agli antibiotici fin troppo utilizzati.

In uno speciale di settembre di Chemistry & Engineering news, Benjamin Plackett riporta un nuovo studio che propone una tattica alternativa agli antibiotici tradizionali che eviterebbe di promuovere questa resistenza [1]. Un gruppo di ricercatori di Singapore ha lacerato le membrane batteriche con lignina chimicamente modificata, un sottoprodotto abbondante ed economico della produzione di carta.

I polimeri sintetici si sono dimostrati promettenti come antibatterici perché sono in grado di distruggere intere membrane cellulari, piuttosto che attaccare obiettivi più specifici contro i quali è più facile per i batteri sviluppare meccanismi di difesa. Tuttavia, spesso presentano problemi di biocompatibilità, come tossicità o risposte infiammatorie e immunitarie indesiderate.Al contrario, la lignina, un biopolimero vegetale altamente ramificato e contenente ossigeno, costituito principalmente da fenoli, è stata elogiata in studi precedenti per il suo potenziale di biocompatibilità. Questo è stato uno dei motivi per cui Rajamani Lakshminarayanan, della National University of Singapore, e Dan Kai e Xian Jun Loh, dell’Institute of Materials Research and Engineering, hanno deciso di vedere se potevano usare la lignina per combattere le infezioni batteriche (Figura 1)[2].

I ricercatori hanno aggiunto sui gruppi idrossilici della lignina catene polimeriche caricate positivamente, che sono attirate nei gruppi fosfato caricati negativamente sulla membrana esterna di un batterio. Contemporaneamente, i gruppi idrofobici all’interno della lignina sono respinti dalla membrana cellulare. Quando queste due interazioni avvengono contemporaneamente, il polimero apre dei buchi nella membrana, uccidendo i batteri (Figura 2).

I ricercatori hanno testato il polimero applicandolo alle cornee di conigli infettati da Pseudomonas aeruginosa per simulare la cheratite, un’infezione oculare comune negli esseri umani, spesso causata dall’uso continuo di lenti a contatto. I risultati hanno mostrato che i polimeri a base di lignina sono in grado di sradicare i batteri entro 72 ore.

I ricercatori hanno anche condotto esperimenti per valutare se due ceppi di Escherichia coli potessero sviluppare resistenza al nuovo trattamento. Anche dopo 20 cicli di esposizione, la dose del polimero necessaria per prevenire la crescita visibile dei batteri non è aumentata, il che implica che i batteri hanno sviluppato poca resistenza. Quando gli esperimenti sono stati condotti invece con l’antibiotico polimixina B, i risultati sono stati significativamente differenti. Entro il 18° ciclo di esposizione, uno dei ceppi di E. coli ha richiesto un aumento di 128 volte della concentrazione dell’antibiotico per limitare la sua crescita, mentre l’altro, trattato con il polimero, ha richiesto un aumento di sole due volte.

Tutto ciò ha impressionato Orlin D. Velev, un ingegnere biomolecolare della North Carolina State University: “Sarà molto difficile per i batteri sviluppare resistenza a questo polimero perché dovrebbero ricaricare l’intera membrana in modo che la sostanza non si leghi, un compito molto difficile per i batteri”.

Mentre i risultati dello studio dimostrano che il polimero è efficace se applicato localmente, gli scienziati mirano a svilupparlo come farmaco orale o endovenoso, ampliando così i tipi di infezioni che potrebbe combattere.  Kai afferma: “Probabilmente non è tossico nell’uso sistemico, ma avremmo bisogno di molte più prove prima di poterne essere sicuri.”

Opere consultate

B. Plackett, A by-product of papermaking helps kill bacteria while avoiding antibiotic resistance, C&EN special, September 1, 2011

Pei Lin Chee et al., Cationic Lignin-Based Hyperbranched Polymers to Circumvent Drug

Resistance in Pseudomonas Keratitis., ACS Biomater. Sci. Eng., 2021

DOI: 10.1021/ascbiomaterials.1c00856

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