Il paziente arrivò all'ospedale con quella che sembrava un'infezione batterica ordinaria. Ma poi le cose sono diventate molto più serie: il paziente ha sviluppato un'infezione "carnivora" che alla fine ha richiesto l'amputazione di entrambe le braccia e entrambe le gambe.
Cosa ha causato l'infezione fuori controllo? Si è scoperto che non era un'infezione con un singolo tipo di batteri, ma piuttosto un miscuglio di quattro diversi ceppi della stessa specie.
Ora, gli scienziati sanno esattamente come questi ceppi batterici lavorano insieme per decimare i tessuti del corpo, come riportato in un nuovo studio. E i risultati potrebbero avere implicazioni per il trattamento di queste cosiddette infezioni "polimicrobiche".
Nel recente caso, il Dr. Ashok Chopra, un professore di microbiologia e immunologia presso la Medical Branch dell'Università del Texas e i suoi colleghi hanno trovato quattro ceppi distinti della stessa specie batterica, noto come Aeromonas hydrophila, nel paziente infetto. Insieme, i microbi hanno lanciato un attacco più letale di quanto ogni singola tensione avrebbe potuto orchestrare da sola.
Lo studio, pubblicato l'11 novembre sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences, suggerisce che tre dei ceppi batterici consentono al quarto di entrare nel flusso sanguigno e di devastare i tessuti di tutto il corpo. A. hydrophila è una rara causa di infezioni che mangiano carne, ma Chopra ha ipotizzato che altri batteri che mangiano carne, come E. coli, può anche utilizzare una strategia di attacco simile. Tuttavia, sarebbero necessarie ulteriori ricerche per dimostrarlo, ha affermato.
"Potrebbero tossine diverse ... ma potrebbero avere" dialoghi "simili tra varietà diverse", ha detto Chopra. "Alla fine, vedo che ciò ha implicazioni molto più ampie in contesti clinici."
Microbi multipli
Quando il paziente infetto è stato ricoverato in ospedale, i medici hanno utilizzato la diagnostica tradizionale per determinare quale agente patogeno fosse responsabile. Hanno identificato A. hydrophila, un microbo che si trova comunemente in ambienti d'acqua dolce e salmastra, dai laghi ai fiumi all'acqua potabile, secondo il sito di riferimento clinico UpToDate. Se ingerito, il germe può causare diarrea o infettare i tessuti molli del corpo. Ma quando A. hydrophila entra in una ferita aperta, può derivarne una terrificante malattia chiamata "fascite necrotizzante".
La rara infezione entra rapidamente e uccide i tessuti connettivi in tutto il corpo, lasciando la persona colpita vulnerabile a insufficienza d'organo e morte, secondo l'Organizzazione Nazionale per i Disturbi Rari. L'infezione carnivora deve essere trattata rapidamente con antibiotici o interventi chirurgici, come nel caso del paziente nel nuovo studio. Alla fine, solo un'amputazione quadrupla potrebbe salvare il paziente dai microbi scatenati.
La diagnosi iniziale del paziente non ha rivelato perché l'infezione abbia preso una piega così improvvisa e mortale. I test diagnostici tradizionali identificano diverse specie batteriche in base alle proteine e alle tossine prodotte dai batteri, ha spiegato Chopra, quindi inizialmente la sfumatura del caso è stata persa. "Ma se tu a livello di DNA ... è una storia completamente diversa", ha detto.
In due studi precedenti, Chopra e i suoi coautori hanno isolato campioni batterici dal paziente e analizzato tutto il materiale genetico contenuto nei microbi. L'analisi ha rivelato i quattro distinti ceppi batterici, denominati da NF1 a 4, che insieme hanno causato l'infezione quasi fatale. Ma notevolmente, quando si opera in isolamento, nessuno dei quattro ceppi ha innescato un'infezione letale nei modelli di topo. Per scoprire come i microbi interagiscono per causare gravi infezioni, gli autori hanno modificato il DNA dei ceppi di batteri e infettato modelli di topo con più ceppi contemporaneamente. Modificando il DNA dei germi, gli scienziati hanno potuto sostituire l'arsenale di uccisione dei tessuti di ciascuno e determinare quali armi hanno reso l'infezione mista così letale.
Si scopre che ogni ceppo batterico ha "arsenali diversi per colpire l'ospite", ha detto Chopra.
Tre dei quattro ceppi, da NF2 a NF4, contengono istruzioni genetiche per produrre una tossina chiamata esotossina A, o ExoA, che impedisce alle cellule infette di costruire nuove proteine. Da soli, questi tre ceppi riescono ancora a rompere il tessuto muscolare e ad accedere al flusso sanguigno, ma il sistema immunitario cancella rapidamente il patogeno dal corpo.
Al contrario, l'ultimo dei quattro ceppi, NF1, sembra meno vulnerabile all'attacco immunitario ma non può inventare il proprio ExoA. Quando si lavora da soli, il microbo rimane in gran parte isolato vicino al sito di infezione, bloccato dalle pareti del tessuto muscolare. È qui che entra in gioco il lavoro di squadra batterico. Quando più ceppi di A. hydrophila infettando il corpo, i ceppi che producono ExoA abbattono gli ostacoli muscolari, permettendo a NF1 di scatenarsi in una furia "mangia-carne".
È interessante notare che gli altri tre ceppi rimangono posizionati vicino al sito di infezione, mentre NF1 prende il comando e si muove attraverso il flusso sanguigno. Gli autori hanno scoperto che NF1 produce effettivamente una tossina unica che uccide non solo i tessuti del corpo, ma anche gli altri ceppi di A. hydrophila; lo stesso ceppo NF1 mantiene l'antidoto al proprio veleno fatto in casa.
Migliore diagnostica?
I nuovi risultati potrebbero avere implicazioni nella ricerca di nuovi strumenti diagnostici microbici, ha affermato Chopra. Quando i medici pensano alle infezioni miste, comunemente pensano alle infezioni causate da due o più specie batteriche completamente distinte, ha detto. Ma il caso attuale mostra che diversi ceppi della stessa specie possono anche unirsi per causare malattie e ogni ceppo può essere vulnerabile a diversi trattamenti antibiotici.
"Quando trattiamo con un determinato antibiotico, stiamo eliminando un organismo dal corpo", ha detto in una nota la coautrice Rita Colwell, una microbiologa dell'Università del Maryland. "Ma se c'è un altro organismo che sta partecipando all'infezione e che è anche patogeno, allora qualsiasi trattamento antibiotico che non prende di mira anche quell'organismo potrebbe semplicemente chiarire il terreno affinché diventi pazzo."
Anche se oggi raramente utilizzati per diagnosticare le infezioni, un giorno gli strumenti genetici potrebbero rivelarsi utili per la caratterizzazione di infezioni batteriche complesse causate da più di un ceppo di batteri, ha affermato Chopra.
Ma non tutti sono d'accordo con questa previsione.
"Penso che cambierà il trattamento clinico della fascite necrotizzante? Non necessariamente", ha detto a Live Science il dott. Amesh Adalja, medico ed esperto di malattie infettive alla Johns Hopkins University di Baltimora, che non era coinvolto nello studio.
Poiché la fascite necrotizzante agisce così rapidamente, quando i medici individuano ogni ceppo che causa l'infezione, potrebbe essere "troppo tardi per fare la differenza", ha detto Adalja. L'identificazione di diversi ceppi potrebbe aiutare a guidare il trattamento dei miti A. hydrophila infezioni, in cui una particolare combinazione di batteri potrebbe peggiorare il risultato, ha detto. Ma allo stato attuale, questi ceppi potevano essere individuati solo con "sofisticati strumenti genetici" che di solito non si trovano in contesti clinici.
Tuttavia, la ricerca chiarisce i modi in cui molteplici ceppi batterici possono unirsi per diffondersi all'interno del corpo, provocando il caos, ha detto Adalja. Sarebbe interessante indagare se i batteri più comuni impiegano le stesse strategie per diffondere l'infezione nel corpo, ha aggiunto.
