Il Laboratorio LTTA (Laboratorio per le Tecnologie delle Terapie Avanzate) del Tecnopolo di Ferrara è un centro di eccellenza con competenze che spaziano dalle scienze della vita alla medicina e alle biotecnologie. Tra le sue aree di ricerca rientra anche la Ricerca Clinica, ambito in cui opera il gruppo di Elisabetta Caselli del Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Prevenzione, specializzato nel monitoraggio microbiologico e nell’analisi del resistoma batterico tramite microarray in PCR quantitativa real-time. Abbiamo quindi posto alcune domande ad Elisabetta Caselli per approfondire il suo lavoro.

Cosa si intende con il termine resistenza antimicrobica (AMR)?

Con il termine resistenza antimicrobica (AMR) si intende l’acquisizione da parte di un microrganismo della capacità di sopravvivere e proliferare alla presenza di un agente antimicrobico precedentemente in grado di inibirlo o ucciderlo. Negli ultimi decenni, l’utilizzo inappropriato ed eccessivo di antibiotici ha provocato la comparsa e diffusione di AMR in molti microorganismi patogeni, che sono diventati responsabili di infezioni difficilmente trattabili e spesso letali.

L’AMR è stata recentemente definita come una delle tre principali minacce più urgenti per la salute pubblica a livello mondiale, causando più di 35.000 decessi all'anno soltanto in Europa, con un concomitante significativo aggravio di costi sanitari. L’ambito ospedaliero è particolarmente colpito da questo problema, in quanto l’elevato uso di farmaci e disinfettanti antimicrobici esercita una costante pressione selettiva sul microbiota che colonizza persistentemente l’ambiente ospedaliero, contribuendo alla diffusione di batteri resistenti a molti antibiotici (MDR, multi drug resistant) o addirittura a tutti gli antibiotici disponibili (PDR, pan drug resistant), spesso responsabili delle cosiddette infezioni correlate all’assistenza (ICA). Tuttavia, la diffusione di AMR non riguarda solo i contesti sanitari, ma si estende anche a quelli comunitari (uffici, scuole, trasporti pubblici), domestici, agricoli e veterinari.

Perché è importante monitorare la resistenza antimicrobica?

Il monitoraggio delle farmaco-resistenze è fondamentale per controllare e limitarne la diffusione, in accordo con i principi “One Health” promossi dall’Organizzazione Mondiale della Sanità. In molti contesti, è emersa la necessità di monitorare in modo rapido e preciso il profilo della popolazione microbica che colonizza un determinato ambiente (microbioma) e i geni di resistenza ad essa associati (resistoma).

A questo scopo, i metodi microbiologici convenzionali, come gli antibiogrammi, si basano sull’isolamento colturale dei microorganismi d’interesse e presentano grandi limitazioni legate ai tempi di svolgimento e alla limitatezza dei risultati, riferibili alla sola specie isolata. Al contrario, i metodi molecolari, basati sull'analisi del materiale genetico del campione, offrono maggiore rapidità, sensibilità e specificità. Le tecniche di amplificazione del target genetico (PCR) permettono di rilevare e quantificare anche un numero molto basso di target in poche ore e possono essere applicate all’intera popolazione microbica.

Quale tecnica avete sviluppato per il monitoraggio della resistenza antimicrobica?

Il nostro gruppo, da oltre dieci anni, ha messo a punto un sistema di analisi basato su microarray in real-time PCR quantitativa (qPCR microarray) per la rilevazione dei geni di farmaco-resistenza. Questa tecnica consente di identificare e quantificare simultaneamente, per ciascun campione, 84 geni di resistenza ad antibiotici appartenenti a diverse categorie, tra cui beta-lattamici, macrolidi, chinolonici e tetracicline, mediante un solo ciclo di PCR in piastre da 96 pozzetti.

Questo approccio permette di effettuare in poche ore un’analisi mirata dei geni di resistenza più rilevanti, in modo sensibile, veloce e specifico. Inoltre, consente di mantenere limitati i tempi e i costi di analisi rispetto alle metodiche di sequenziamento high-throughput (NGS, WGS). Tale metodica è applicabile all’analisi di campioni clinici umani, ma anche di campioni ambientali, animali o vegetali.

In quali contesti è stato applicato questo metodo?

Il nostro metodo è stato utilizzato con successo per caratterizzare il resistoma della popolazione batterica in numerosi contesti, tra cui campioni clinici (caratterizzazione del resistoma del microbioma orale), ambientali (sabbia delle spiagge balneabili), comunitari (metropolitane di Milano, scuole pubbliche di Ferrara), sanitari (reparti ospedalieri di Medicina Interna, terapie intensive neonatali, pronto soccorso di diversi ospedali italiani) e veterinari (allevamenti avicoli).

I risultati ottenuti sono stati spesso oggetto di pubblicazioni scientifiche e fonte di numerosi progetti di ricerca in collaborazione con altri gruppi, dimostrando la loro elevata utilità come strumento per comprendere la diffusione della resistenza agli antibiotici e le sue implicazioni per la salute pubblica.