Virus (batteriofagi) contro batteri, la battaglia promette bene

Una nuova strada nella guerra all’antibioticoresistenza potrebbe arrivare dai batteriofagi. I batteriofagi, o più in breve fagi, sono particolari virus che uccidono esclusivamente batteri e che non causano infezioni nell’essere umano. Per questo, diversi gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno già da tempo approfondendo le loro potenzialità, con l’obiettivo di trovare nuove terapie che colpiscano i batteri. L’antibioticoresistenza non è peraltro l’unico settore di interesse: la terapia fagica – o fagoterapia – potrebbe funzionare anche per specifiche patologie, come le malattie infiammatorie croniche intestinali, in cui la flora batterica ha un ruolo.

Prime prove promettenti si vanno accumulando e ci sono già realtà, come la Georgia – ma anche altri paesi dell’ex Unione Sovietica – che da tempo utilizzano i batteriofagi in ambito clinico. In quasi tutta Europa, la terapia fagica è stata in buona parte accantonata, perché presto sorpassata da quella antibiotica. Ma da circa dieci anni, la ricerca su questo tema ha ripreso vigore con buoni risultati.

Pro e contro dei fagi

I fagi sono specie-specifici o ceppo-specifici, ovvero agiscono in maniera mirata soltanto su una specie batterica o addirittura su un singolo ceppo. Questo significa che un batteriofago efficace su un’infezione potrebbe non esserlo su un’altra. Questo ridotto margine di azione è dovuto principalmente a com’è fatto il fago: la parte che si lega alle cellule del batterio ha una particolare struttura che riesce a “incastrarsi” solo in maniera specifica su un determinato microorganismo. La riuscita del processo, poi, dipende anche dalle interazioni biochimiche che avvengono durante l’infezione e dall’ambiente in cui fago e batterio interagiscono. Al contrario dei fagi, molti antibiotici sono ad ampio spettro: sono meno selettivi nei loro bersagli ma allo stesso tempo sono efficaci su un più ampio numero di patogeni.

Come impiegare i fagi

La maggiore precisione dei fagi comporta peraltro una necessità di analisi e una complessità di sviluppo del prodotto più elevate rispetto agli antibiotici. “È preferibile impiegarli con un approccio ‘su misura’ contro il batterio responsabile dell’infezione da trattare”, sottolinea Mariagrazia Di Luca, microbiologa del Dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa e CoFounder della startup Fagoterapia Lab. “Il processo migliore per utilizzare un fago a scopo terapeutico è il seguente: si isola e si analizza il ceppo batterico che ha colpito il paziente, poi si individua il batteriofago più adatto, selezionandolo da una collezione di batteriofagi terapeutici opportunamente caratterizzati, si crea il preparato biologico, e poi si somministra al paziente”.

Salvaguardare il microbiota

Questa terapia peraltro consentirebbe un’azione mirata, che risparmia i batteri buoni. “A oggi l’opzione terapeutica studiata dagli scienziati è quella di utilizzare i fagi non da soli, ma in combinazione con altri trattamenti disponibili, quali quelli antibiotici, per rendere massima l’efficacia”, sempre in pazienti con infezioni resistenti, spiega Di Luca. “Tuttavia, forse in futuro anche assunti da soli potrebbero essere utili per evitare di alterare il microbiota oppure per superare il problema di eventuali allergie agli antibiotici”.

Un trattamento sicuro

Bisogna inoltre ricordare che, per la particolare struttura, i fagi non possono colpire le cellule eucariote, quali quelle umane, ma soltanto quelle procariote, ovvero i batteri. Inoltre, risultano sicuri per l’uomo e fanno anche loro parte del nostro microbiota, anche se il meccanismo di trasporto e diffusione attraverso i tessuti è ancora oggi oggetto di dibattito a livello scientifico. “Non c’è rischio di salto di specie né di contagio – chiarisce Di Luca – oltre al fatto che per le terapie i fagi devono essere selezionati, prodotti e purificati secondo criteri di qualità che garantiscano elevati standard di sicurezza”.

“Cocktail” di fagi

Per sorpassare il problema dell’eccessiva specificità e di eventuali resistenze, sempre più spesso gli scienziati cercano di creare cocktail con più di un batteriofago, per aumentare l’efficacia della risposta, oppure di individuare fagi con caratteristiche tali da coprire più ceppi all’interno di una stessa specie. È il caso, per esempio, di un gruppo di ricerca dell’Università di Leida, nei Paesi Bassi, che ha recentemente pubblicato i risultati di un’indagine su un nuovo fago. Questo batteriofago riesce ad agire su vari tipi di Klebsiella pneumoniae, uno dei patogeni alla cui lotta l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha assegnato un livello di massima priorità, spesso associato a infezioni ospedaliere multiresistenti. Il lavoro, a prima firma di Daan Pelt, è comparso su Nature Communications nel novembre 2022.

La “fagoteca” italiana

In Italia, attualmente, il gruppo di Di Luca, insieme agli infettivologi dell’Università Tor Vergata a Roma, guidati dal professor Massimo Andreoni, sta seguendo diversi pazienti trattati con fagi provenienti dalla Georgia (Istituto Eliava di Tbli si) o dal Belgio (Ospedale militare Queen Astrid di Bruxelles). I primi rilievi sono stati favorevoli; inoltre, la startup Fagoterapia Lab ha creato in Italia una fagoteca. “Si tratta di una collezione di fagi, una sorta di grande ‘biblioteca’ di questi virus buoni”, commenta Di Luca, “ampiamente caratterizzati dal punto di vista molecolare e con grandi potenzialità terapeutiche”. Il team lavora su batteri della “gang” ESKAPE, acronimo le cui iniziali corrispondono ciascuna a un batterio differente (E. per Enterococcus species, S per Staphylococcus aureus, poi c’è Klebsiella pneu moniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa ed Enterobacter species).

Altre applicazioni

Se l’interesse è rivolto soprattutto alle infezioni difficili, dove i batteri sono bersagli diretti, c’è anche attenzione verso patologie in cui è coinvolto il microbiota, come malattie infiammatorie croniche intestinali (in sigla inglese Ibd), quali morbo di Chron e colite ulcerosa, e altre malattie autoimmuni e genetiche, come la fibrosi cistica. L’idea degli scienziati è puntare a batteri “target”, che in qualche modo sostengono il processo infiammatorio alla base della patologia: riducendone la quantità con i fagi si potrebbe riuscire a contrastarla. Questi batteri vanno prima opportunamente individuati, poi bisogna identificare fagi efficaci, e somministrarli, studiando efficacia e sicurezza. Ma qualche risultato già c’è.

Lo studio sulle Ibd

Uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Cell, condotto dal Weizmann Institute of Science, a Rehovot, in Israele, ha ottenuto un primo successo in un campione di 537 volontari con malattie Ibd. I ricercatori hanno sviluppato una terapia fagica volta a colpire Klebsiella Pneumoniae, che è risultata spesso presente e associata a riacutizzazioni di queste patologie. Nel lavoro, i ricercatori, coordinati da Eran Elinav, sono riusciti a individuare un cocktail, una combinazione di cinque fagi, che si è dimostrata efficace contro questi batteri. I risultati iniziali rivelano una riduzione dell’infiammazione intestinale e del danno ai tessuti.

Gli ostacoli normativi

Fra i principali ostacoli allo sviluppo dei batteriofagi, ci sono problemi normativi che rendono molto complessi i percorsi di valutazione e approvazione di queste terapie. Il rapido sorpasso da parte degli antibiotici, infatti, è anche frutto della maggiore “adattabilità” di questi medicinali, alle procedure di produzione e di controllo di qualità, quindi degli standard regolatori.

“Il frame regolatorio su cui è costruito il nostro processo di approvazione dei farmaci, a livello nazionale e internazionale, è sviluppato sulla logica ‘onefitsall’ (uno va bene per tutti), ma non su prodotti personalizzati”, commenta Di Luca, “e questo sta rappresentando un problema pratico nello sviluppo e all’impiego di farmaci a base di fagi per uso clinico. Per questo, le poche aziende farmaceutiche che stanno lavorando nell’ambito fagoterapia mirano alla creazione di cocktail di fagi, il cui sviluppo possa essere in qualche modo standardizzato e reso simile a quello di medicinali tradizionali”.

Questa strada potrebbe non essere ottimale. “A nostro avviso”, chiarisce l’esperta, “questo approccio comporta il rischio di perdere il vantaggio fornito proprio dalla specificità della terapia, per cui un trattamento più ‘omologato’ potrebbe non essere efficace su tutti i pazienti. Oppure potrebbe calare di efficacia nel tempo, al variare dell’epidemiologia dei batteri circolanti in un determinato territorio o in caso di pandemie”.

Il caso del Belgio

Un secondo approccio, prosegue l’esperta, è quello adottato per esempio dal Belgio, che già impiega i fagi per il trattamento delle infezioni batteriche. “Nel caso del Belgio il metodo è stato quello di inquadrare i fagi dal punto di vista normativo come preparazioni magistrali per ogni singolo paziente, simili ai farmaci galenici”, sottolinea la ricercatrice. “In questo modo si ottiene un prodotto sicuro e controllato, soggetto ugualmente a analisi e monitoraggio prima di essere approvato, che però non deve necessariamente sottostare all’iter di sviluppo classico di un farmaco”.

Il gruppo di lavoro europeo

L’auspicio ed il lavoro degli scienziati del gruppo Fagoterapia Lab è quello di provare a costruire nuovi modi e strade, anche a livello autorizzativo, cosa che già sta avvenendo. Recentemente, infatti, è stato istituito un gruppo di lavoro, a livello europeo, dell’Edqm (European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare) su questo tema, di cui Di Luca fa parte come “ad hoc specialist” per l’Italia. L’obiettivo del gruppo è la stesura di un capitolo generale per includere la fagoterapia nella Farmacopea europea – il codice farmaceutico che combina e armonizza i testi delle principali farmacopee ufficiali degli stati membri, identificando norme comuni. Questo documento favorirà l’avanzamento e lo sviluppo della terapia a base di fagi anche a livello normativo.

Cosa sono i batteriofagi

I batteriofagi sono virus dalla particolare struttura che iniettano, un po’ come siringhe, il loro genoma nei batteri, dove riescono a replicarsi, moltiplicandosi rapidamente. In questa veloce moltiplicazione, le cellule batteriche, usate come contenitori, “sfornano” e rilasciano nuovi fagi, in grado di infettare nuovi batteri. Mentre questo processo avviene, le cellule batteriche muoiono per lisi, ovvero a causa della rottura della membrana che le delimita.

I batteriofagi sono onnipresenti nei vari ecosistemi terrestri: si stima che il loro numero possa aggirarsi intorno alle 1031 unità – più dei batteri, che sono circa 1029 – una quota impressionante pari circa a mille miliardi di fagi per ogni granello di sabbia sulla Terra. Si trovano ovunque, sulle nostre mani, nel nostro intestino, ma sono per noi innocui. La microscopia elettronica ha permesso di osservarne la struttura: alcuni batteriofagi risultano avere “code”, “gambe” e “teste”, tuttavia non si spostano autonomamente, dato che il loro moto è casuale.

La scoperta dell’esistenza dei fagi è avvenuta poco più di 100 anni fa, fra il 1915 e il 1917. Gli scienziati osservarono quasi subito che si trattava di entità biologiche diverse da quelle note fino ad allora, ma la loro precisa natura rimase ancora sconosciuta fino all’avvento del microscopio elettronico, messo a punto negli anni ’30 e commercializzato a partire dal 1939. Se all’inizio l’interesse scientifico e clinico verso questi virus fu elevato, successivamente furono messi da parte, in quanto soppiantati dagli antibiotici, scoperti a partire dal 1928 ed impiegati nella clinica dagli anni ‘40 in poi.