La penicillina e altri antibiotici hanno salvato innumerevoli vite. Tuttavia, l'era di questi farmaci miracolosi sembra volgere al termine. Le morti dovute a microbi resistenti ai farmaci aumenteranno dagli attuali 700.000 all'anno a 10 milioni entro il 2025. Quindi supereranno il cancro, le malattie cardiache e il diabete nei loro effetti nocivi.
Nel gennaio 2019, la Columbia University ha riferito che quattro pazienti presso il suo Irving Medical Center di New York soffrivano di un tipo insolito di E. coli. Sebbene questa notizia sia passata in gran parte inosservata dai media, ha attirato l'attenzione degli esperti di malattie infettive. E. coli è un batterio abbastanza comune ed è innocuo se si trova nello stomaco dove vive abitualmente, ma può diventare mortale nei posti sbagliati, come nella lattuga, nella carne macinata o nel nostro sistema circolatorio. Nel caso in cui gli antibiotici siano impotenti nella lotta contro E. coli, metà dei pazienti muore entro due settimane.
Questo è il motivo per cui il rapporto della Columbia University su E. coli ha causato un tale allarme. Per alcuni pazienti infetti, l'ultima risorsa è l'antibiotico colistina, una sostanza tossica che può causare effetti collaterali e danneggiare i reni e il cervello. L'E. Coli riportato dalla Columbia University aveva una mutazione nel gene MCR-1, che gli conferiva la terribile proprietà di essere immune alla colistina.
"Stiamo cercando di trovare un nuovo antibiotico, ma non riusciamo a trovare nulla", afferma Erica Shenoy, vicedirettore del controllo delle infezioni presso il Massachusetts General Hospital. "Possiamo avere pazienti con una malattia infettiva che non possiamo combattere".
Dal 1942, quando un farmaco meravigliosamente sperimentale chiamato penicillina fu portato d'urgenza al Boston Hospital, dove salvò la vita di 13 vittime di una sparatoria in un nightclub, i medici scienziati hanno scoperto più di 100 nuovi antibiotici. Abbiamo bisogno di tutti, ma non bastano più. E il motivo non è solo E. coli. Esistono anche specie di Staphylococcus, Enterobacteriaceae e Clostridium difficile che hanno dimostrato di essere efficaci contro gli antibiotici. Uno studio ha rilevato che i decessi per malattie resistenti agli antibiotici sono quadruplicati tra il 2007 e il 2015. Recentemente, una versione resistente e resistente del fungo Candida auris è stata scoperta negli ospedali di New York e Chicago.che ha causato la morte della metà dei pazienti infetti.
“I Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie riferiscono che due milioni di persone all'anno in America soffrono di batteri o funghi resistenti ai principali antibiotici e che 23.000 persone muoiono a causa di essi. "E questa è probabilmente una sottostima significativa", afferma Karen Hoffmann, capo dell'Associazione dei professionisti nel controllo delle infezioni e nell'epidemiologia. "Non abbiamo un buon sistema per tenere traccia degli organismi multi-farmaco resistenti, quindi non possiamo dirlo con certezza." Gli studi hanno dimostrato che il costo annuale per assistere i pazienti con questo tipo di malattie da parte del sistema sanitario americano supera i 3 miliardi di dollari.
Batteri al microscopio.
Apparentemente, questa tendenza cupa continuerà. Esperti dell'Organizzazione Mondiale della Sanità affermano che le morti in tutto il mondo per microbi resistenti ai farmaci aumenteranno dagli attuali 700.000 all'anno a 10 milioni entro il 2025. A questo punto, essendo diventati la principale causa di morte delle persone, supereranno il cancro, le malattie cardiache e il diabete nei loro effetti distruttivi. Prima che gli antibiotici fossero scoperti, un piccolo taglio, carie dentaria o un intervento chirurgico di routine avrebbero potuto causare una contaminazione batterica mortale. La penicillina, la "cura miracolosa" e altri antibiotici hanno salvato innumerevoli vite negli ultimi anni. Tuttavia, l'era di questi farmaci miracolosi sembra volgere al termine.
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Gli scienziati stanno cercando di identificare e isolare quei batteri che sono già resistenti ai farmaci esistenti, nella speranza che in questo modo si possano evitare epidemie su larga scala. Stanno cercando di ridurre l'uso di antibiotici per rallentare l'emergere di batteri resistenti. Ma tutto questo è troppo poco e viene fatto troppo tardi. Una tale strategia ci consentirà di guadagnare solo un certo periodo di tempo. I pazienti più anziani e più deboli negli ospedali sono attualmente la categoria più vulnerabile, ma rischi di questo tipo continuano a diffondersi. "Vediamo giovani sani con infezioni del tratto urinario o della pelle e non abbiamo i farmaci per curarli", dice Helen Boucher.uno specialista in malattie infettive presso il Tufts Medical Center di Boston. “Probabilmente non saremo in grado di eseguire trapianti di organi e non saremo nemmeno in grado di eseguire interventi chirurgici di routine come la sostituzione articolare. Questo dovrebbe preoccupare tutti noi ".
Gli esperti medici ripongono le loro speranze su strategie completamente nuove per il trattamento delle malattie infettive. Stanno cercando nuovi modi per distruggere i batteri in luoghi esotici: virus, melma di pesce e persino su altri pianeti. Sfruttano gli sviluppi della genomica e di altri campi e offrono nuove tecnologie per eliminare i batteri e limitarne la diffusione. Inoltre, stanno ulteriormente ricercando terapie negli ospedali e altrove dove si diffondono i batteri, utilizzando strategie più olistiche per combattere i batteri nel nostro corpo, così come nei nostri ospedali e studi medici.
Le opzioni alternative sembrano promettenti, ma la loro implementazione è ancora lontana. Non è ancora chiaro se saremo in grado di escogitare nuovi mezzi prima che i superbatteri, come l'esercito di zombi alle porte, distruggano le nostre difese.
"Dobbiamo investire enormi somme di denaro nello sviluppo di altri approcci", ha detto Margaret Riley, specialista in batteri resistenti ai farmaci presso l'Università del Massachusetts. "Ed era necessario iniziare a farlo 15 anni fa".
Nuovi cacciatori di germi
Parte del problema con la resistenza ai farmaci è che i microbi si stanno evolvendo in nuove specie a una velocità allarmante. Se una persona impiega 15 anni o più per riprodursi, microbi come E. coli si riproducono ogni 20 minuti. Nel corso di diversi anni, sono in grado di attraversare un periodo di sviluppo evolutivo, mentre una persona impiegherebbe milioni di anni, e tali cambiamenti includono la possibilità di ottenere tali caratteristiche genetiche che possono resistere agli effetti dei farmaci. La persona che assume antibiotici è il laboratorio perfetto per la produzione di microbi resistenti ai farmaci. "La ricerca mostrache quando viene introdotto un nuovo farmaco, i primi microbi resistenti ad esso si formano entro un anno ", afferma Shenoy del Massachusetts General Hospital.
E in campo farmaceutico non c'è quasi nulla per sostituire gli antibiotici, che non agiscono più in modo appropriato sui batteri. Inoltre, ci vogliono circa 2 miliardi di dollari e circa 10 anni per sviluppare un nuovo antibiotico, con pochissime speranze che il risultato sia un super farmaco che giustifichi un tale investimento. "Il trucco per possedere un nuovo antibiotico è usarlo quante più volte possibile e per il minor tempo possibile", ha detto Jonathan Zenilman, capo del dipartimento di malattie infettive presso il Bayview Medical Center della Johns Hopkins University di Baltimora. Johns Hopkins Bayview Medical Center). "Cosa potrebbe costringere un'azienda farmaceutica a sviluppare un farmaco per un mercato del genere?" lui chiede.
I ricercatori medici stanno attualmente cercando altri approcci. Uno di questi è coinvolgere i biologi interessati a utilizzare la teoria evolutiva per combattere i batteri. Negli anni '90, sotto la guida di Riley ad Harvard e Yale, è iniziata la ricerca su come i virus uccidono i batteri e i batteri si distruggono a vicenda. Nel 2000, uno dei suoi colleghi le chiedeva costantemente se il suo lavoro avesse qualcosa a che fare con la salute umana. "Non ci ho mai pensato", dice. "Ma all'improvviso tutto mi è diventato chiaro, e questa domanda mi ha colto."
Da allora, Riley ha trascorso due decenni cercando di applicare una strategia di guerra contro i virus per risolvere il problema delle malattie infettive persistenti negli esseri umani. I virus chiamati fagi, che sono essenzialmente parte del materiale genetico in una guaina protettiva proteica, distruggono le pareti cellulari batteriche e dirottano il suo macchinario genetico, trasformando così il batterio stesso in una fabbrica per produrre più virus. Riley sta anche studiando come i batteri a volte uccidono altri batteri nella lotta per il cibo. In tal modo, la colonia di batteri a volte spinge i concorrenti fuori con una proteina tossica che producono chiamata batteriocine.
L'obiettivo di Riley non è solo quello di uccidere i batteri nocivi, ma anche di proteggere quelli benefici. Dei circa 400 trilioni di batteri che vivono in ognuno dei nostri corpi, dice, la stragrande maggioranza è benefica o innocua e solo il 10.000% di essi è potenzialmente dannoso. Gli antibiotici ad ampio spettro come penicillina, ciprofloxacina e tetraciclina, ampiamente utilizzati dai medici su indicazione dei medici, non sono in grado di distinguere tra batteri buoni e cattivi: li distruggono tutti indiscriminatamente. Di conseguenza, questi trattamenti non solo promuovono l'emergere di batteri resistenti, ma causano anche problemi al paziente.
"Usare gli antibiotici è come lanciare una bomba all'idrogeno su un'infezione", dice Riley. "Uccidi il 50% o più dei batteri totali nel tuo corpo e, di conseguenza, la mancanza di batteri buoni può portare a obesità, depressione, allergie e altri problemi". D'altra parte, batteriofagi e battericidi sono teoricamente in grado di distruggere una colonia di batteri infettivi in un paziente, il tutto senza danneggiare la flora normale o creare terreno fertile per la formazione di batteri resistenti.
ImmuCell, un'azienda biotecnologica a Portland, nel Maine, ha sviluppato la batteriocina, che cura le mucche per la mastite, una malattia che costa all'industria lattiero-casearia 2 miliardi di dollari all'anno. Riley ha detto che il suo laboratorio e altri come lei possono fare in modo che batteriofagi e batteriocine mirino a qualsiasi contaminazione microbica umana senza il rischio di una maggiore resistenza. "Questo è un meccanismo di distruzione stabile e durevole che è apparso 2 miliardi di anni fa", dice.
Diversi studi clinici di terapia con batteriofagi sono già stati condotti con successo in Polonia, Georgia e Bangladesh. In Occidente sono in corso sperimentazioni di successo sull'uso dei batteriofagi nel trattamento delle ulcere delle gambe. Non ci sono ancora studi per il trattamento di malattie più gravi, ma l'uso riuscito dei batteriofagi nel trattamento di un paziente multiresistente in California nel 2017 secondo le normative di emergenza della FDA ha portato a più scienziati negli Stati Uniti stanno cercando di sviluppare terapie con batteriociti. Alcuni di loro nei prossimi anni potrebbero avanzare ulteriormente in tali studi,anche nel trattamento della tubercolosi multi-farmaco resistente e di altre infezioni polmonari in pazienti con fibrosi cistica, osserva Riley. La ricerca sull'uso dei batteriofagi è ancora molto indietro. Il governo degli Stati Uniti ha promesso 2 miliardi di dollari per sviluppare tali metodi alternativi, ma secondo Riley, "questi fondi sono lungi dall'essere sufficienti".
Gli esperti di cancro stanno studiando attivamente farmaci che possono rafforzare il sistema immunitario e questo tipo di immunoterapia può aiutare il corpo di un paziente indebolito a combattere i batteri resistenti nel suo corpo. I ricercatori sono riusciti a produrre anticorpi umani nelle mucche e in altri mammiferi che possono essere iniettati nel corpo di un paziente. Il Brigham Hospital e il Women's Hospital, affiliato con l'Università di Harvard, Boston e il Women's Hospital, a seguito di lavori di emergenza, hanno segnalato l'introduzione di una combinazione di anticorpi e antibiotici per salvare un paziente con un'infezione resistente, ma i risultati del trattamento non sono ancora stati resi noti. Altrimenti, possiamo dire che si sta facendo poco lavoro utilizzando tali approcci nel trattamento dei pazienti infetti. I ricercatori stanno anche cercando di sviluppare vaccini contro le infezioni da stafilococco resistenti e altri batteri resistenti, ma finora si tratta solo di ricerca. "Questo tipo di trattamento senza antibiotici è ancora nelle prime fasi della ricerca", ha affermato David Banach, responsabile del controllo delle malattie infettive presso il centro medico UConn Health di Farmington, nel Connecticut. Ma dobbiamo continuare a cercare nuovi approcci ". Responsabile del controllo delle malattie infettive presso il centro medico UConn Health di Farmington, Connecticut "Ma dobbiamo continuare a cercare nuovi approcci". Responsabile del controllo delle malattie infettive presso il centro medico UConn Health di Farmington, Connecticut "Ma dobbiamo continuare a cercare nuovi approcci".
Data l'incredibile urgenza di questo problema, sorge la domanda: perché soluzioni promettenti sono state testate per così tanto tempo e rimangono indisponibili per così tanto tempo? Perché pochi soldi vengono investiti in questi sviluppi, afferma Bushehr del Taft Medical Center. Lo stato spende miliardi in ricerca, ma non ci sono investimenti privati per trasformare i risultati della ricerca in farmaci e dispositivi fabbricati. Secondo Busher, le aziende farmaceutiche hanno poche possibilità di trarre profitto dalla produzione di farmaci che difficilmente verranno utilizzati da milioni di persone. È altrettanto improbabile che il prezzo salga a decine di migliaia di dollari per dose. "Questo modello economico non funziona", dice.
Gestione dei batteri
Sebbene gli antibiotici siano in realtà farmaci miracolosi, i nostri problemi attuali sono in parte dovuti al fatto che la medicina ha posto troppa enfasi su di essi. I medici li prescrivono per infezioni dell'orecchio, mal di gola e infezioni del tratto urinario. I chirurghi li usano per prevenire le infezioni postoperatorie. I batteri possono sviluppare resistenza e gli antibiotici hanno senso come parte di un approccio olistico per controllare la proliferazione batterica e trattare le infezioni. Gli antibiotici stanno lentamente perdendo la loro efficacia, motivo per cui gli esperti medici sottolineano la necessità di strategie globali per tenere sotto controllo i batteri.
L'identificazione e la risposta più rapide ai focolai di malattie emergenti, nonché precauzioni speciali nell'uso mirato degli antibiotici, aiutano a rallentare o prevenire questo processo. Nuovi test in fase di sviluppo consentiranno agli operatori sanitari di identificare in modo rapido ed economico i geni di qualsiasi batterio trovato in o vicino a un paziente. “Non siamo in grado di condurre ricerche molecolari su ogni paziente che viene da noi. Sarebbe cercare di trovare un ago in un pagliaio, dice Shenoy. "Ma se possiamo fare la ricerca sui pazienti ad alto rischio abbastanza rapidamente, allora possiamo agire". Una tale opzione rappresenterebbe senza dubbio un miglioramento rispetto alla tecnica standard di identificazione dei focolai di malattie batteriche sviluppata 150 anni fa.
Inoltre, gli specialisti in malattie infettive si stanno concentrando sul contenimento di batteri resistenti quando compaiono negli ospedali, piuttosto che consentire loro di diffondersi ai pazienti. Circa il 5% di tutti i pazienti negli ospedali negli Stati Uniti viene infettato da un'infezione nosocomiale, cioè direttamente nell'ospedale stesso. Non è difficile capire perché questo sta accadendo. Gli ospedali sono un grande raduno di persone malate con un sistema immunitario indebolito e varie ferite e lesioni che vengono trattate con le dita e strumenti medici, e quindi quelle dita e strumenti vengono utilizzati per servire altri pazienti.
Una popolazione che invecchia e nuove procedure rendono i pazienti ospedalieri ancora più vulnerabili. Zenilman del Johns Hopkins University Medical Center ha condotto uno studio informale e ha scoperto che più della metà di tutti i pazienti aveva impianti di qualche tipo, che sono fonti comuni di infezione. "I pazienti negli ospedali oggi sono più malati come gruppo che mai", osserva. "La ricerca mostra che, in media, gli ospedali non riescono a prendere provvedimenti in circa la metà dei casi", ha detto Hoffman dell'Association for Infection Control and Epidemiology Professionals. "Questo è il nostro problema più grande."
Gli ospedali stanno iniziando a cambiare la loro pratica. Molti ora usano robot sotto forma di bidoni della spazzatura per disinfettare i muri con luce ultravioletta (i reparti dovrebbero essere vuoti in questo momento, poiché questo tipo di luce è dannoso per l'uomo). Al Riverside Medical Center, a sud di Chicago, due robot prodotti da Xenex disinfettano più di 30 reparti al giorno.
Sarebbe più facile mantenere puliti gli ospedali se i batteri non fossero in grado di aderire a superfici come tavoli e indumenti. Melissa Reynolds, ingegnere biomedico presso la Colorado State University, sta sviluppando materiali resistenti ai batteri. Gli indumenti degli operatori sanitari e altri materiali e superfici utilizzati negli ospedali non avrebbero bisogno di essere disinfettati così spesso se i batteri non si accumulassero. Combattere i batteri è una direzione casuale nel lavoro di Reynolds. Ha studiato come evitare la coagulazione nelle reti utilizzate dai chirurghi per mantenere aperte le arterie di un paziente. L'uso di uno speciale rivestimento in griglie, costituito da nanocristalli di rame, sembra essereimpedisce alle cellule del sangue di attaccarsi alla superficie. Ha anche richiamato l'attenzione sul fatto che i batteri non sono in grado di aderire al rivestimento nanocristallino. E a un certo punto uno degli studenti nel suo laboratorio ha esclamato “Eureka! Perché non immergere un panno di cotone in una soluzione nanocristallina in modo che i batteri non possano rimanere sul panno? " "Successivamente, abbiamo scoperto alcuni nuovi materiali con proprietà antibiotiche", ha detto Reynolds. "Ci ha portato a una nuova direzione nel nostro lavoro".in modo che i batteri non possano rimanere sul tessuto? " "Successivamente, abbiamo scoperto alcuni nuovi materiali con proprietà antibiotiche", ha detto Reynolds. "Ci ha portato a una nuova direzione nel nostro lavoro".in modo che i batteri non possano rimanere sul tessuto? " "Successivamente, abbiamo scoperto alcuni nuovi materiali con proprietà antibiotiche", ha detto Reynolds. "Ci ha portato a una nuova direzione nel nostro lavoro".
L'idea di un tessuto relativamente resistente ai batteri ha già superato una serie di test. "Di volta in volta, abbiamo esposto il tessuto trattato a tutti i tipi di batteri, dopodiché non siamo riusciti a trovare alcun batterio su di esso", dice. "Stiamo ancora cercando di capire questo meccanismo, ma sappiamo che questo metodo è efficace con un'ampia varietà di tipi di batteri". Sta già lavorando con un'importante azienda di dispositivi medici per dimostrare che i nanocristalli possono essere incorporati in un processo di produzione a un piccolo costo aggiuntivo. Attualmente sta esplorando modi per utilizzare questi cristalli in altri materiali ospedalieri, tra cui acciaio inossidabile, vernici e plastica. I materiali trattati in questo modo saranno protetti dai batteri per molto più tempo,rispetto alle tradizionali superfici ospedaliere trattate con disinfettanti convenzionali, osserva.
I laser sono un altro potenziale strumento per combattere i batteri. Mohamed Seleem della Purdue University ei suoi colleghi stanno cercando di trovare un modo per identificare rapidamente i batteri infettivi nei campioni di sangue esponendoli a raggi laser di diversi colori. Nel processo, hanno scoperto che alcuni batteri resistenti ai farmaci erano in grado di cambiare il loro colore da oro a bianco entro pochi secondi dopo essere stati brevemente esposti a un raggio laser blu. Alcuni di questi batteri "photobleached" sono morti, mentre altri erano così deboli che hanno perso la loro capacità di resistere agli effetti degli antibiotici convenzionali. Si è scoperto che la luce blu attacca i pigmenti nella membrana esterna dei batteri. "Funziona solo su un certo pigmento", dice Selim."Pertanto, nessun'altra cellula è interessata."
Selim ei suoi colleghi stanno cercando di trovare modi per regolare il colore del laser per mirare a determinati batteri resistenti. Se il suo lavoro ha successo, gli operatori sanitari possono utilizzare laser non più grandi di una torcia tradizionale per uccidere in sicurezza i batteri nocivi sulla pelle di un paziente e disinfettare gli studi medici. Il raggio può anche essere utilizzato per trattare la pelle e gli indumenti degli operatori sanitari stessi per impedire loro di diffondere l'infezione. I suoi colleghi si stanno attualmente preparando a condurre studi clinici.
Selim ritiene inoltre che questa luce possa essere utilizzata per infezioni del sangue resistenti gravi e pericolose. In questo caso, il paziente può essere collegato a una macchina cuore-polmone e il sangue può essere trattato con un tale raggio mentre passa attraverso la macchina. "Fondamentalmente, prendi il sangue del paziente, lo sterilizzi e lo restituisci al paziente", dice.
Rallenta lo sviluppo dei superbatteri
Sebbene l'industria farmaceutica abbia in gran parte abbandonato la produzione di antibiotici, i ricercatori sperano ancora di trovare nuovi tipi di antibiotici. La rivoluzione degli antibiotici iniziò nel 1928, quando Alexander Fleming tornò dalle vacanze nel suo laboratorio di Londra e scoprì una muffa dall'aspetto strano che si era formata in un fosso che aveva lasciato vicino alla finestra. Da allora, i ricercatori hanno cercato di esaminare ogni angolo della natura nella speranza di trovare nuovi batteri killer. Nuove sostanze che possono essere mortali per i batteri resistenti - ma innocue per l'uomo - sono rapporti recenti che suggeriscono insetti, alghe, melma di pesce giovanile, fango ricco di arsenico in Irlanda e persino suolo marziano. Un gruppo di ricercatori dell'Università di Leida in Olanda sta cercando di creare un batterio artificiale nella speranza cheche sulla base di essa sarà possibile ottenere un nuovo antibiotico.
Inoltre, i medici stanno cercando di sfruttare al meglio gli antibiotici esistenti rallentando l'emergere di nuove specie resistenti. Ciò richiede la riduzione dell'uso eccessivo di antibiotici, che fornisce ai superbatteri un incentivo per lo sviluppo evolutivo. Tale azione deve diventare internazionale, poiché i batteri resistenti spesso viaggiano da una parte all'altra del mondo.
I paesi in via di sviluppo sono particolarmente inclini alle minacce batteriche, che poi viaggiano negli Stati Uniti, afferma Banak di Yukon. Gli studi hanno scoperto che la maggior parte degli antibiotici nel mondo sono già distribuiti da banco dalle farmacie locali, portando a un aumento del 65% dell'uso di antibiotici tra il 2000 e il 2015. I batteri resistenti che ne derivano migrano facilmente in tutto il mondo nello stomaco di milioni di viaggiatori. "L'impatto dell'abuso di antibiotici in questi paesi, le condizioni di vita e l'ambiente favoriscono la diffusione mondiale di organismi resistenti", sottolinea.
David H. Freedman
