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Data documento: 05-01-2017

Wake up, wipe out: How oxygen can help take down antiobiotic-resistant bacteria
Svegliati e spazzati via: come l’ossigeno può aiutare a sconfiggere i batteri resistenti agli antibiotici

When hearing about bacterial resistance to antiobiotics, most would picture some sort of super-bacteria that suddenly adapted and became resistant to treatment.
Quando sentiamo parlare di batteri resistenti agli antibiotici, tendiamo a immaginare una specie di super-batterio che improvvisamente si adatta e diventa resistente alla cura.

But there is another, less known scenario: bacteria with the ability to go dormant, allowing them to slip through the net.
Ma c’è un’altra possibilità, meno conosciuta: i batteri che hanno la capacità di diventare dormienti e così di passare tra le maglie della rete.

The latter were the focus of the BIO-NMR project, which found a way to wake them up before the kill.
Era questo il centro di interesse del progetto BIO-NMR, che ha trovato un modo per svegliarli in modo da poterli uccidere.

‘Antibiotics can only kill bacteria when they are actively growing and dividing,’ explains Thomas K. Wood, professor of chemical engineering and Biotechnology Endowed Chair at Penn State University.
“Gli antibiotici possono uccidere i batteri solo quando questi sono nella fase attiva di crescita e divisione,” spiega Thomas K. Wood, professore di ingegneria chimica e titolare della cattedra di biotecnologia presso la Penn State University.

>>>  ‘But, environmental stress factors often turn on a bacterial mechanism that creates a toxin that makes the cell dormant and therefore antibiotic resistant.’ Such biofilm-forming bacteria are therefore very difficult to kill.
“Tuttavia, i fattori ambientali di stress spesso attivano un meccanismo batterico, il quale crea una tossina che rende la cellula dormiente e quindi resistente agli antibiotici.” Questi batteri che formano un biofilm sono quindi molto difficili da uccidere.

A relevant example is that of some bacteria living in the gastrointestinal track.
Ne sono un esempio alcuni batteri che vivono nel tratto gastrointestinale.

Whilst bile can technically kill them, these bacteria can defend themselves by producing a self-toxin (protein) that makes them go dormant in its presence.
Anche se tecnicamente la bile può ucciderli, questi batteri possono difendersi producendo un’auto-tossina (proteina) che li fa andare in modalità dormiente in sua presenza.

As soon as the bile is gone, the bacteria produce another protein that destroys the former, and comes back to life.
Non appena si allontana la bile, i batteri producono un’altra proteina che distrugge quella precedente e li fa ritornare in vita.

Finding a way to stop the production of this toxin was key to a research effort supported in part by the EU-funded BIO-NMR (NMR for Structural Biology) project – a completed project that pooled European resources in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR).
Trovare un modo di fermare la produzione di questa tossina era l’obiettivo di un progetto di ricerca in parte sostenuto dal progetto BIO-NMR (NMR for Structural Biology), finanziato dall’UE – un progetto concluso che ha riunito le risorse europee della spettroscopia a risonanza magnetica nucleare (Nuclear Magnetic Resonance, NMR).

The international team, which was also supported by Spain’s MINECO project and the Army Research Laboratory, actually managed to characterise the first toxin antitoxin system in a biofilm, which also happens to be oxygen-dependent.
L’equipe internazionale, che è stata sostenuta anche dal progetto MINECO e dal Laboratorio di ricerca dell’esercito in Spagna, è riuscita a caratterizzare il primo sistema tossina antitossina in un biofilm, che è anche ossigeno-dipendente.

Researchers at the NMR Laboratory, University of Barcelona, proceeded to this characterisation at the molecular and atomic level.
I ricercatori del Laboratorio di NMR, Università di Barcellona, hanno effettuato tale caratterizzazione a livello molecolare e atomico.

Focusing on E. Coli bacterium, they found that the antitoxin’s structure has channels that are just large enough for oxygen to pass through and actually relies on it.
Concentrandosi sul batterio E. Coli, hanno scoperto che la struttura dell’antitossina ha canali larghi quanto basta per far passare l’ossigeno e in realtà dipende da esso.

Its Hha-TomB toxin-antitoxin system implies that, in order to wake up the bacterium, the antitoxin needs to effectively oxidise the toxin.
Il suo sistema tossina-antitossina Hha-TomB implica che, per svegliare il batterio, l’antitossina deve riuscire a ossidare la tossina.

In other words, an additional supply of oxygen could be enough to wake up the bacteria and make them sensitive to antibiotics.
In altre parole, una dose addizionale di ossigeno potrebbe essere sufficiente per svegliare i batteri e renderli sensibili agli antibiotici.

The researchers found that only 10 % oxygen is sufficient to wake up the bacteria on the edges of the biofilm.
I ricercatori hanno scoperto che solo il 10 % di ossigeno è sufficiente per svegliare i batteri sui margini del biofilm.

This could result in breaking up the biofilm and dispersing it, leaving the bacteria inside unprotected.
Questo potrebbe avere come risultato la rottura del biofilm e la sua dispersione, il che lascerebbe il batterio al suo interno senza protezione.

Wood points to the importance of this result for the development of better antimicrobials.
Wood sottolinea l’importanza di questo risultato per lo sviluppo di antimicrobici migliori.

‘If we understand the toxin-antitoxin systems at a molecular or atomic level, we can make better antimicrobials,’ he said.
“Se comprendiamo i sistemi tossina-antitossina a livello molecolare o atomico, possiamo fare antimicrobici migliori,” ha detto.

‘I would argue that the toxin antitoxin systems are fundamental to the physiology of all bacteria.
“Direi che i sistemi tossina antitossina sono fondamentali per la fisiologia di tutti i batteri.

We hope this will give us insight into how they survive the antibiotics.’
Speriamo che questo ci farà capire come sopravvivono agli antibiotici.”

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project website
Sito web del progetto

Source: Based on a press release from Penn State University
Fonte: Sulla base di un comunicato stampa diffuso dall’Università Penn State