“Livelli clinici di antibiotici possono causare stress ossidativo che può portare a danni al DNA, proteine e lipidi nelle cellule umane, ma questo effetto può essere alleviato da antiossidanti”, ha detto Jim Collins, Ph.D., che ha condotto lo studio. Collins, un pioniere della biologia sintetica e membro della Core Faculty del Wyss Institute, è anche il William F. Warren Distinguished Professor alla Boston University, dove guida il Center of Synthetic Biology.
I medici spesso prescrivono liberamente gli antibiotici, pensando che essi danneggino i batteri lasciando indenni i tessuti umani. Ma nel corso degli anni si sono accumulati rapporti sugli effetti collaterali occasionali di vari antibiotici, tra cui tendiniti, problemi all’orecchio interno e perdita dell’udito, diarrea, alterazione della funzione renale e altri problemi.
Collins sospettava che questi effetti collaterali si verificassero quando gli antibiotici innescavano lo stress ossidativo – una condizione in cui le cellule producono molecole di ossigeno chimicamente reattive che danneggiano il DNA e gli enzimi dei batteri, così come la membrana che racchiude la cellula.
La squadra di Collins aveva già scoperto che gli antibiotici che uccidono i batteri lo fanno innescando lo stress ossidativo nei batteri. Si sono chiesti se gli antibiotici causassero effetti collaterali innescando lo stress ossidativo nei mitocondri, un organello simile al batterio che fornisce energia alle cellule umane.
Sameer Kalghatgi, Ph.D, un ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Collins che ora è Senior Plasma Scientist presso EP Technologies ad Akron, Ohio, e Catherine S. Spina, un candidato M.D./Ph.D. alla Boston University e ricercatore presso il Wyss Institute, hanno prima testato se i livelli clinici di tre antibiotici – ciprofloxacina, ampicillina, kanamicina – ciascuno causa stress ossidativo in cellule umane coltivate. Hanno trovato che tutti questi farmaci erano sicuri dopo sei ore di trattamento, ma il trattamento a lungo termine di circa quattro giorni ha causato il malfunzionamento dei mitocondri.
Kalghatgi e Spina hanno poi fatto una serie di test biochimici, che hanno mostrato che gli stessi tre antibiotici hanno danneggiato il DNA, le proteine e i lipidi delle cellule umane coltivate – esattamente quello che ci si aspetterebbe dallo stress ossidativo.
I risultati significano che “i medici dovrebbero prescrivere gli antibiotici solo quando sono necessari, e i pazienti dovrebbero chiedere gli antibiotici solo quando hanno una grave infezione batterica”, ha detto Collins.
Il team ha anche trattato i topi con gli stessi tre antibiotici in dosi simili a quelle che i pazienti ricevono in clinica. trattamento a lungo termine con ciascuno dei tre antibiotici danneggiato i lipidi dell’animale e causato livelli di glutatione, uno degli antiossidanti naturali del corpo, a cadere – un altro segno di stress ossidativo.
Per fare la differenza nella clinica, tuttavia, gli scienziati ancora bisogno di un modo per prevenire lo stress ossidativo indotto da antibiotici – o un modo per rimediare come stava accadendo. Hanno trovato entrambi. Sono stati in grado di prevenire lo stress ossidativo utilizzando un antibiotico batteriostatico – un antibiotico come la tetraciclina che ferma i batteri dalla moltiplicazione ma non li uccide. Potrebbero anche facilitare lo stress ossidativo pulendo le molecole di ossigeno chimicamente reattive con un antiossidante approvato dalla FDA chiamato N-acetilcisteina, o NAC, che è già usato per aiutare a trattare i bambini con fibrosi cistica.
I nuovi risultati arrivano sulla scia di altre due recenti scoperte sul trattamento antibiotico dal gruppo di Collins – un rapporto in Nature che mostra che i virus nell’intestino che infettano i batteri ospitano geni che conferiscono resistenza agli antibiotici, e un altro rapporto in Science Translational Medicine che mostra che l’argento può aumentare l’efficacia di molti antibiotici ampiamente utilizzati.
“Jim e il suo team si stanno muovendo alla velocità della luce per svelare i misteri medici che ostacolano un trattamento antibiotico sicuro ed efficace”, ha detto Don Ingber, M.D., Ph.D., direttore fondatore dell’Istituto Wyss. “I medici sanno da anni che gli antibiotici occasionalmente causano gravi effetti collaterali, e le nuove scoperte di Jim offrono non una, ma due nuove eccitanti strategie che potrebbero affrontare questo problema di salute pubblica a lungo trascurato.”
Prossimo, Collins progetta altri studi sugli animali per capire i modi migliori per rimediare allo stress ossidativo. Ma dato che sia gli antibiotici batteriostatici che il NAC sono già approvati dalla FDA, i medici potrebbero usare presto questa strategia.
“Siamo interessati a vedere se questo potrebbe essere spostato verso la clinica”, ha detto Collins.