CISTITE E BATTERI SENZA PARETE CELLULARE

Nelle cistiti ricorrenti i batteri possono sopravvivere temporaneamente come forme senza parete cellulare, sfuggendo agli antibiotici che colpiscono la sintesi della parete. Terminata la terapia, possono ricostituire la forma originaria e contribuire alla ricomparsa dell’infezione.

Le infezioni urinarie ricorrenti sono spesso caratterizzate da fallimenti terapeutici, nonostante l’apparente sensibilità agli antibiotici degli uropatogeni. La ricerca scientifica recente ha riscoperto un meccanismo di sopravvivenza batterica studiato sin dagli anni ‘50: la transizione a uno stato privo di parete cellulare (detto anche “forma L”, dal Lister Institute di Londra dove vennero osservate per la prima volta), a cui i batteri ricorrono per sopportare stress ambientali acuti. In questo articolo ripercorriamo come si è evoluta la comprensione di queste varianti batteriche e della loro rilevanza clinica per le infezioni urinarie ricorrenti.

La parete cellulare

Quasi tutti i batteri sono circondati da una parete cellulare, una struttura rigida e altamente conservata situata all’esterno della membrana citoplasmatica. Il componente principale di questa parete è il peptidoglicano, una complessa rete di zuccheri e aminoacidi che crea una sorta di esoscheletro.

La parete assolve a tre funzioni vitali:

1. Integrità strutturale: conferisce al batterio la sua forma caratteristica (come i bastoncelli di E. coli) e permette una regolare divisione cellulare.
2. Protezione osmotica: protegge la cellula dai cambiamenti di concentrazione dell’ambiente esterno, che altrimenti potrebbero far “esplodere” il batterio per un aumento della pressione osmotica interna.
3. Interazione con l’ospite: i componenti della parete sono i principali pattern molecolari riconosciuti dall’ospite e utilizzati, per esempio, dal sistema immunitario umano per identificare e attaccare un’eventuale infezione.

Data la sua importanza, la parete cellulare dei batteri è un importante bersaglio sia delle difese immunitarie naturali che di molti antibiotici, in particolare i β-lattamici (penicilline, cefalosporine) e la fosfomicina.

La scoperta dei batteri privi di parete cellulare

Sebbene la microbiologia classica descriva i batteri come organismi dalla morfologia fissa, l’osservazione di varianti di forma variabile e, in particolare, prive di parete risale alla metà del secolo scorso. Già negli anni ‘50 diversi clinici notarono nelle urine di pazienti trattati con antibiotici la presenza di forme batteriche “bizzarre”, che tuttavia non crescevano nelle normali colture di laboratorio [1].

Nel 1965, uno studio di Gutman e colleghi [1] formalizzò per la prima volta l’importanza clinica di queste varianti, identificandole in 11 di 57 pazienti con pielonefrite o batteriuria croniche o ricorrenti. Gli autori teorizzarono che la perdita della parete cellulare sia una risposta adattativa generale che tutti i batteri possono mettere in atto di fronte a fattori di stress ambientali, comprese condizioni di coltura subottimali, fattori immunitari, e antibiotici che colpiscono la parete cellulare. Osservando la persistenza delle forme L durante l’antibiotico-terapia e lo sviluppo di ricadute cliniche entro pochi giorni dalla sospensione dell’antibiotico, ipotizzarono inoltre che in assenza di antibiotico i batteri riacquistassero la parete cellulare e causassero una recidiva.

Identificarono anche un problema diagnostico fondamentale che persiste ancora oggi: le forme L sono osmoticamente fragili. Poiché non possiedono più la rigida parete di peptidoglicano per contenere la pressione interna, esse vanno incontro a lisi se poste in ambienti ipotonici come quelli delle urinocolture standard. Questo le rende di fatto invisibili alla diagnostica di routine, portando a falsi risultati di sterilità urinaria.

Le conferme moderne

Nonostante le intuizioni di questi studi pionieristici, restava problematico distinguere le forme L da detriti cellulari o cellule apoptotiche umane presenti nelle urine infette, e dimostrare che fossero proprio loro le responsabili delle recidive osservate. Bisogna aspettare il 2019 perché questi dubbi vengano definitivamente risolti da uno studio di Mickiewicz e colleghi [2].

Attraverso l’uso di sonde fluorescenti specifiche per il materiale genetico batterico e il sequenziamento del gene 16S rRNA, i ricercatori hanno potuto confermare con certezza che le strutture sferiche osservate nelle urine dei pazienti appartenevano effettivamente ai ceppi uropatogeni di E. coli responsabili dell’infezione.

Ma il contributo più eclatante dello studio è arrivato dalla microscopia time-lapse, condotta sia in vitro che in un modello animale trasparente, la larva di pesce zebra. I video catturati hanno permesso di osservare per la prima volta l’intero ciclo vitale delle forme L in tempo reale:

1. Trasformazione: Sotto l’azione della fosfomicina, i batteri a bastoncello iniziano a perdere la propria rigidità e si trasformano in entità sferiche flessibili in circa 3 ore.
2. Proliferazione: A questo punto non entrano in uno stato di dormienza ma rimangono metabolicamente attivi e continuano a dividersi, sebbene molto lentamente e in modo irregolare. Possono persistere in questo stato per tutto il tempo della terapia, anche 10-14 giorni.
3. Riconversione e reinfezione: Una volta cessata l’azione dell’antibiotico, le forme L sono in grado di ricostruire la propria parete di peptidoglicano in appena un’ora e mezza, tornando alla forma classica a bastoncello capace di scatenare una nuova infiammazione acuta e sintomatica.

Consolidando queste scoperte, uno studio successivo [3] ha dimostrato, tramite il sequenziamento del genoma intero, che la transizione da batterio normale a forma L e ritorno avvengono senza modifiche nella sequenza del DNA. Questo conferma che la transizione non è una mutazione genetica comparabile all’antibiotico-resistenza classica, bensì una strategia fisiologica reversibile che virtualmente tutti i batteri possono mettere in atto per eludere la terapia.

Il nuovo studio: forme L tissutali e importanza del microambiente urinario

L’ultima frontiera della ricerca nel campo è rappresentata da uno studio pubblicato quest’anno da Paduthol e colleghi [4], che ha introdotto il modello della “mini-vescica” umana. Si tratta di una piattaforma in cui cellule epiteliali umane vengono fatte crescere fino a formare un tessuto stratificato e differenziato molto simile all’urotelio, che riveste un canale centrale all’interno del quale viene fatta scorrere urina, simulando i naturali cicli di riempimento e svuotamento della vescica.

Il modello della mini-vescica ha permesso di manipolare l’osmolarità urinaria (la concentrazione di soluti come sali e urea) per studiarne l’effetto sui batteri. I ricercatori hanno confrontato due condizioni, entrambe situate all’interno del range fisiologico umano e raggiungibili semplicemente attraverso diversi livelli di idratazione:

• Urina ad alta concentrazione (660-740 mOsm/kg): Con valori tipici di uno stato di scarsa idratazione l’urina fornisce alle forme L protezione osmotica, permettendo loro di persistere durante il trattamento con fosfomicina.
• Urina a bassa concentrazione (90-190 mOsm/kg): L’urina più diluita, raggiungibile con un’elevata assunzione di liquidi, non supporta la sopravvivenza delle varianti prive di parete, rendendo l’antibiotico molto più efficace nello sterilizzare le urine.

Ma forse la scoperta più sorprendente è che le forme L non si trovano solo nell’urina: grazie a tecniche di imaging ad altissima risoluzione i ricercatori hanno identificato forme L annidate in profondità nell’urotelio, tra cellula e cellula. Questa popolazione, molto difficile da eradicare con terapie standard, può agire come un serbatoio invisibile che contribuisce direttamente alla ricorrenza dell’infezione una volta cessata l’azione dell’antibiotico.

I dati disponibili [1] suggeriscono che, al contrario dei serbatoi intracellulari che possono restare quiescenti per mesi, le recidive dovute a riattivazione delle forme L si verifichino tipicamente entro alcuni giorni dalla sospensione della terapia antibiotica.

Effetti ad ampio raggio dell’osmolarità urinaria

Lo studio ha inoltre evidenziato che l’urina più concentrata esercita effetti deleteri diretti sulla salute vescicale, indipendentemente dalla presenza di un’infezione:

• Danno alla barriera: Indebolisce le giunzioni strette tra le cellule, aumentando la permeabilità dell’urotelio e facilitando, tra l’altro, l’invasione batterica.
• Soppressione immunitaria: Provoca una sotto-regolazione della risposta immunitaria innata, riducendo la capacità della vescica di combattere le infezioni nascenti.

Implicazioni terapeutiche

Dopo la fondamentale scoperta delle colonie e dei serbatoi quiescenti intracellulari, le forme L aggiungono ulteriori dettagli alla nostra comprensione delle infezioni urinarie ricorrenti. La prima implicazione pratica è che il successo terapeutico dipende non solo dall’azione diretta dell’antibiotico, ma anche dal microambiente urinario del paziente: una sufficiente idratazione non deve essere considerata semplicemente un mezzo per favorire il lavaggio meccanico dei batteri, ma una vera e propria terapia attiva contro le forme batteriche prive di parete cellulare. Oltre che una strategia per mantenere la salute della vescica in senso più generale.

La presenza di serbatoi batterici intracellulari e di forme L impone poi di ripensare il trattamento delle infezioni urinarie ricorrenti non come un intervento episodico, limitato alla fase acuta, ma come una strategia di controllo prolungata. Anche quando l’urinocoltura risulta negativa e la sintomatologia regredisce, infatti, possono persistere popolazioni batteriche non rilevabili dai test convenzionali, potenzialmente in grado di riattivarsi a distanza di giorni, settimane o mesi.

In questo contesto, un’integrazione quotidiana e continuativa assume un ruolo centrale. Nonostante i batteri intracellulari e le forme L non siano di per sé direttamente sensibili al D-mannosio, la presenza costante di D-mannosio nelle urine crea una condizione sfavorevole alla ricolonizzazione vescicale da parte dei batteri che, fuoriuscendo dai serbatoi intracellulari o riconvertendosi dalla forma L alla forma classica, tentano di aderire nuovamente all’urotelio. In altre parole, il D-mannosio contribuisce a interrompere sul nascere il ciclo della reinfezione.

A questo razionale si aggiunge il ruolo del Lactobacillus crispatus, per il quale gli studi disponibili indicano un contributo nel contrastare la persistenza dei batteri intracellulari e nel favorire il ripristino di un ecosistema urovaginale protettivo.

L’utilizzo di UROGYN CRISPATUS, l’unico integratore che associa Lactobacillus crispatus e D-mannosio, consente di intervenire contemporaneamente su due livelli: da un lato la prevenzione dell’adesione batterica, dall’altro il supporto alla clearance dei serbatoi intracellulari.