Il “nanomotion sensing” per comprendere e contrastare le infezioni batteriche

Uno studio pionieristico del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) ha utilizzato una tecnica all’avanguardia, il ‘nanomotion sensing’ per svelare in tempo reale il comportamento dello Staphylococcus aureus, un patogeno noto per la sua resistenza agli antibiotici.

Il team, coordinato dai ricercatori Giovanni Longo, Simone Dinarelli e Marco Girasole del gruppo Biotech@ISM dell’Istituto di struttura della materia del Cnr di Roma (Cnr-Ism) in collaborazione con colleghi dell’Istituto di biofisica del Cnr di Pisa (Cnr-Ibf), del Dipartimento di Scienze biomolecolari dell’Università di Urbino Carlo Bo e del Dipartimento di Medicina e Chirurgia dell’Università di Parma, è stato in grado di rilevare, per la prima volta, il nanomovimento del batterio, evidenziando la connessione tra la disponibilità di ferro e l’attività metabolica del batterio.

Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Scientific Reports, prefigura nuove strade per combattere le infezioni batteriche: nello specifico, il team si è concentrato su Staphylococcus aureus esaminando le vibrazioni su scala nanometrica del metabolismo batterico in relazione alla disponibilità di ferro. “Il ferro è micronutriente cruciale per la crescita dei batteri e gioca un ruolo fondamentale in diversi processi fisiologici, tra cui la motilità”, spiega Giovanni Longo (Cnr-Ism).

Sono stati studiati, in particolare, due ceppi di Staphylococcus aureus – uno selvatico (wild type) e un mutante privo della capacità di produrre siderofori (molecole essenziali per l’assunzione di ferro) – in presenza e assenza di ferro. Utilizzando il ‘nanomotion sensing’, è stato possibile osservare oscillazioni coordinate a frequenze ben definite che potrebbero riflettere il comportamento specifico del batterio. Questi risultati sono stati confermati anche attraverso saggi biochimici e fenotipici, seguendo la crescita dei batteri nelle diverse condizioni con microscopia ottica e metodi di crescita convenzionali (OD600).

Le oscillazioni osservate sono correlate direttamente alla disponibilità di ferro, dimostrando come questo elemento influenzi la motilità e l’attività metabolica del batterio: i ricercatori suggeriscono, pertanto, che il ferro, così centrale per la crescita batterica, rappresenti un target promettente per lo sviluppo di nuove terapie antibatteriche.
“Questo studio dimostra come il ‘nanomotion sensing’ possa essere un potente strumento per analizzare le vibrazioni cellulari e per esplorare in dettaglio la relazione tra l’omeostasi del ferro e il comportamento di Staphylococcus aureus”, aggiunge Giovanni Longo. “Le oscillazioni osservate potrebbero aprire la strada a strategie terapeutiche innovative, mirate a disabilitare i batteri attraverso l’interruzione del loro metabolismo del ferro.”

Oltre a fornire nuovi spunti per combattere Staphylococcus aureus, del quale è nota la capacità di sviluppare resistenza a molti antibiotici, i risultati suggeriscono che il controllo dell’omeostasi del ferro possa diventare una via terapeutica strategica per il trattamento di infezioni batteriche, in particolare quelle causate da ceppi resistenti.