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di James Oberg • resso il Centro spaziale di Jiuquan, al margine del Deserto del Gobi, nella Cina settentrionale, la Shenzhou 5 è quasi pronta per il lan- . cio. La sonda — il cui nome in cinese significa «veicolo divino» — è lunga quasi nove metri e pesa poco menotli otto tonnellate: Proprio • questo autunno, la Shenzhou 5 verrà portata in orbita da uniazzo Chang Zheng («Lunga marcia».). Quattro altre sonde della stessa serie sono già . Con il suo.programma di voli state messe in orbitama, al contrario di questi veicoli sperimentali, la Shenzhou • • 5 dovrebbe avere un equipaggio composto da tre giovani piloti militari cinesi. (In • con eqUipaggio a bordo, la Cina realtà, secondo alcune fonti, questo primo volo sarà compiuto da un solo pilota.) Se tutto andrà"come previsto, la Cina sarà la terza nazione a inviare esseri uma- • si avvia a diventare . . ni nello spaio. Sebbene rappresentanti di quasi 40 paesi abbiano orbitato intor- la nuova superpotenza spaziale no alla Terra dall'inizio dell'era spaziale a oggi, tutti sono stati.ospitati a bordo di .. veicoli americani o russi. Nel perseguire il proprio programma di volo umano nello spazio, la Cina ha acqtllsito e adattato tecnologie che in origineerano state svi- • luppate in Russia e negli Stati Uniti. Molte caratterisiche della Shenzhou, pekal-. PRIMO VEICOLO SPAZIALE CINESE CON EQUIPAGGIO, la Shenzhog 5 tro, appaiono irrimediatamente familiari agli esperii di veicoli spaziali: a prima vi- dovrebbe essere lanciata i110 ottobre, secondo informazioni ancora ' non confermate dalla riservatissima agenzia spaziale cinese. La sonda sta, la sonda sembra una versione un po' più grande della Soyuz russa. Ma l'k .. ' —della lunghezza di nove metri e dotata di due coppie dipannelli solari genzia spaziale cinese ha costruito in proprio divergi sistemi fondamentali, e per • • e di quattro motori principali — è progettata per ospitare tre astronauti. Se la missione avrà successo, la Cina diventerà la terza nazione (dopo molti versi la Shenzhou è tecnologicamente superiore alla Soyuz. • Russia e Stat•i Uniti) a inviare esseri umani nelle,spazio. Questo primo volo della Shenzhou con equipaggio a bordo posizione intermedia fra il lanciatore standard della Soyuz IL VOLO DI PROVASENZA EQUIPAGGIO avrà una notevole eco sul piano delle relazioni internazionali. (411.000 kgf) e il Saturn 1B (740.000 kgf) che portò in orbita della Shenzhou 2 iniziò la sera Oltre a guadagnare prestigio a livello mondiale, la Cina spera diverse sonde Apollo. del 10 gennaio 2001. Il razzo a due stadi che il programma abbia ricadute positive sull'industria aerospa- La Shenzhou 5 seguirà la stessa rotta delle quattro sonde Chang Zheng 2F è potenziato da quattro ziale, informatica ed elettronica nazionale. Se le prime missioni precedenti senza equipaggio. Dopo il decollo, il razzo si diri- booster applicati alla sua base avranno successo, verrà probabilmente costruita una stazione gerà verso est, passando sopra la costa nei pressi di Qingdao spaziale cinese orbitante intorno alla Terra, in evidente parallelo (sito di una nuova stazione di «inseguimento» e controllo), poi con la Stazione spaziale internazionale. Nell'arco di un decen- sorvolerà il Mar Giallo con un'accelerazione massima di circa nio, l'attività spaziale cinese potrebbe addirittura superare quel- 5g (vale a dire cinque volte l'accelerazione di gravità). Passan- la della Russia e dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea). E se la do appena a sud dell'isola giapponese di Kyushu, il veicolo si Cina diventerà la principale potenza spaziale dopo gli Stati Uni- terrà in comunicazione con una grande nave di controllo per ti, potrebbe essere imminente ima nuova «corsa allo spazio». raggiungere rapidamente la velocità orbitale di otto chilometri al secondo. La sua inclinazione orbitale sarà di circa 42 gradi: un poco più equatoriale, dunque, dell'inclinazione di 52 gradi Il volo in programma della Stazione spaziale internazionale (ISS). Le ambizioni spaziali della Cina risalgono agli anni settanta, Per tornare sulla Terra, la Shenzhou dovrà prima sganciare quando un razzo Chang Zheng portò in orbita il primo satellite il modulo orbitale. Il modulo di servizio attiverà allora un pic- di questo paese. (Mentre ruotava intorno al globo, il veicolo, di colo motore di frenamento per ridurre la velocità del veicolo di un metro di lato, trasmise l'inno patriottico L'Oriente è rosso.) circa 200 metri al secondo. Questa manovra permetterà alla All'inizio degli anni novanta, il presidente Jiang Zemin approvò gravità terrestre di attirare la sonda fino all'alta atmosfera, do- un programma di voli spaziali con equipaggio, e questa decisio- ve l'attrito con l'aria la rallenterà ulteriormente. Poiché la zona ne diede il via a un boom costruttivo per molti versi paragona- di atterraggio si trova nella Mongolia Interna, circa 500 chilo- bile al fervore che caratterizzò il progetto Apollo della NASA metri a est di Jiuquan, il motore di frenamento dovrà iniziare a Entro un decennio, le attività spaziali cinesi potrebbero superare quelle della Russia e dell'Agenzia spaziale europea negli anni sessanta. Presso il Centro spaziale di Jiuquan - il pri- funzionare quando il veicolo sarà ancora a mezzo pianeta di IN SINTESI capsula che i cinesi riuscirono a ottenere era una versione in- mo e il più grande dei tre siti di lancio di vettori e satelliti cinesi distanza, sopra l'Atlantico meridionale. Dopo l'attivazione di completa, priva di molti sistemi chiave. È possibile anche che - furono completati un nuovo edificio per l'assemblaggio dei questo motore, il modulo di servizio e quello di comando si se- • Dal 1992 la Cina sta lavorando per portare astronauti in essi si siano impadroniti almeno di una capsula senza equi- razzi e una rampa di lancio, giusto in tempo per il primo volo pareranno: il primo brucerà nell'atmosfera, mentre il secondo paggio di classe Soyuz finita fuori rotta e precipitata in territo- orbita. Oltre a mettere a punto la sonda Shenzhou, i cinesi senza equipaggio di una sonda Shenzhou, nel 1999. dovrebbe proteggere l'equipaggio dalle altissime temperature rio cinese all'inizio dell'era spaziale. hanno migliorato i loro razzi, costruito nuove infrastrutture Sebbene l'agenzia che dirige il programma (l'Accademia ci- del rientro mediante uno scudo termico. La configurazione a tre moduli della Shenzhou è una solu- dedicate al volo spaziale e addestrato un gruppo di astronauti. nese di tecnologia spaziale) abbia mantenuto il più stretto ri- La sequenza di atterraggio prevista è analoga a quella delle zione logica, raggiunta indipendentemente dai progettisti sta- serbo su certi aspetti - come l'addestramento degli astronauti - sonde Soyuz e Apollo. Dopo una decelerazione a gravità relati- • Sebbene superficialmente simile alla russa Soyuz, la tunitensi e sovietici oltre 40 anni fa. E la Shenzhou, per di più, molti dettagli tecnici riguardo al veicolo sono stati pubblicati vamente elevata, il modulo di comando cadrà liberamente nella Shenzhou è più grande, e per molti versi tecnologicamente non assomiglia tanto alla Soyuz attuale quanto ai progetti pre- sulla stampa nazionale. La Shenzhou consiste di tre moduli. bassa atmosfera, aprendo prima il paracadute secondario, a circa più avanzata. liminari della Soyuz e dell'Apollo. Sebbene il modulo di co- L'equipaggio prenderà posto in un'unità dalla vaga forma di una 30 chilometri di quota, e poi il paracadute principale. Sganciato il • Il Governo cinese prevede che il programma spaziale con mando del veicolo cinese abbia qualche somiglianza con la tazzina da caffè - il modulo di comando, nel gergo astronautico pesante scudo termico, l'atterraggio sulle steppe mongole verrà capsula di rientro della Soyuz, gli altri moduli sono molto di- equipaggio incrementerà il prestigio internazionale del paese occidentale - che contiene i lettini sui quali gli astronauti si «ammorbidito» dall'accensione di un gruppo di razzi alla base versi da quelli delle controparti russa e americana. Il modulo e darà incentivo alla sua industria ad alta tecnologia. sdraieranno in posizione orizzontale durante il decollo e i pan- della capsula. A questo punto, le squadre di assistenza accorre- di servizio, per esempio, è dotato di quattro motori principali, nelli di controllo. Davanti al modulo di comando si trova un'u- ranno sul posto e faranno uscire l'equipaggio. mentre quello dell'Apollo ne aveva uno solo e quello della nità cilindrica pressurizzata (chiamata modulo orbitale) che La sonda Shenzhou 1, un veicolo di prova senza equipag- Soyuz ha un motore principale e uno di riserva. Inoltre i gran- potrà essere anch'essa abitata dall'equipaggio. Dietro il modu- gio, fu lanciata il 20 novembre 1999 e rimase in orbita meno inglese Jane's Space Directory, ha affermato che la Shenzhou è di pannelli solari della Shenzhou generano energia in quantità lo di comando, un'altra sezione cilindrica (il modulo di servi- di una giornata. In ciascuno dei tre voli successivi (partiti il 10 «per grandissima parte una Soyuz». Ma Brian Harvey, autore molte volte maggiore rispetto al sistema russo. E ancora, al zio) contiene i propulsori e il sistema di generazione di corren- gennaio 2001, il 25 marzo 2002 e il 30 dicembre 2002), il vei- di The Chinese Space Programme: From Conception to Future contrario della Soyuz, il modulo orbitale cinese è dotato di te. Questo modulo reca anche una coppia di pannelli solari con colo restò in orbita per una settimana, sperimentando sistemi e Capabilities, ha criticato questo punto di vista. «Vi sono parec- propri pannelli solari e di un sistema indipendente del control- ima superficie totale di 24 metri quadrati. apparecchiature via via più sofisticati. A dispetto del silenzio chi equivoci riguardo al programma spaziale cinese», sostiene lo di volo, che gli permetteranno di continuare a orbitare come La designazione ufficiale del veicolo di lancio è Chang Zheng ufficiale, sembra che a bordo della Shenzhou 2 ci fossero una Harvey, riferendosi al mito di veicoli a bassa tecnologia am- un minilaboratorio senza equipaggio per parecchio tempo do- 2F, ma viene anche usato il nome più poetico di Shen Jian scimmia, un cane e un coniglio, per verificare i sistemi di sup- piamente copiati da progetti stranieri. «In gran parte, essi ri- po che il modulo di rientro avrà riportato a terra gli astronauti («freccia divina»). Si tratta di una versione del Chang Zheng 2E porto per l'equipaggio. La Shenzhou 4, invece, è stata descritta flettono il pregiudizio culturale occidentale secondo cui i cine- del volo preliminare. - un razzo a propellente liquido derivato dai missili militari ci- come un veicolo dotato di tutto l'equipaggiamento necessario si non sarebbero in grado di padroneggiare questo tipo di tec- Un esempio di copiatura senza mezzi termini da parte dei nesi - perfezionato in modo da renderlo affidabile per un volo per tre persone. E, addirittura, pare che gli astronauti abbiano nologia. Penso che sia più utile considerare il modo in cui i ci- cinesi sono invece le tute pressurizzate usate per proteggere gli con equipaggio a bordo. Come altri veicoli di lancio di questa partecipato al conto alla rovescia nel modulo di comando, la- nesi hanno sviluppato il loro programma nel corso degli anni: astronauti in caso di perdita d'aria dalla cabina durante il vo- famiglia, tutti progettati per trasportare carichi pesanti, il suo sciandolo solo poco prima del decollo. lentamente, pazientemente, accuratamente, in maniera disci- lo. I russi introdussero questa tuta di sopravvivenza (chiamata gruppo originario di quattro motori è potenziato da altrettanti plinata, con un'attenta considerazione delle scelte, traendo Sokol) nel 1972, dopo la morte di tre cosmonauti a seguito di booster. Tutti i motori a razzo impiegano come propellente te- spunto da altri, ma solo in maniera limitata.» ima depressurizzazione accidentale della cabina durante il rien- Una copia della Soyuz? traossido di azoto liquido e idrazina, e non il combustibile a La maggior parte degli altri esperti indipendenti concorda tro. (Una tuta molto più perfezionata viene usata per le «pas- base di idrogeno liquido - più problematico, anche se capace A causa della superficiale somiglianza della Shenzhou con con Harvey. Alcune fonti indicano che, sebbene i cinesi aves- seggiate spaziali» degli astronauti a bordo degli shuttle.) I cine- di fornire maggiore potenza - utilizzato per i motori principa- la Soyuz, molti osservatori hanno concluso che il veicolo cine- sero chiesto di acquistare una Soyuz completamente funzio- si avevano bisogno di una tuta con funzioni simili, sicché, do- li dello shuttle della NASA. La spinta al decollo dello Shen se non fosse altro che una sua imitazione con qualche modifi- nante a scopo di studio, il prezzo richiesto dalla Russia fu così po aver ottenuto qualche esemplare di Sokol, lo copiarono esat- Jian, pari a 604.000 chilogrammi forza (kgf) lo colloca in una ca di poco conto. David Baker, direttore della pubblicazione esorbitante che la trattativa non giunse mai a buon fine. La tamente, persino nelle cuciture e nella colorazione. 4-O LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 4-1_ I responsabili cinesi non hanno certo nascosto questi «trasfe- sono necessarie per stabilizzare il veicolo in caso di espulsione La sequenza di volo della Shenzho rimenti di tecnologia». Un articolo sui progetti spaziali cinesi al momento del lancio. «Questa è la parte più ardua del sistema pubblicato nel 2002 su «Liaowang», la rivista dell'Agenzia di di distacco» ha spiegato. «Volevamo chiedere una consulenza Apertura dei stampa Xinhua, affermava: «Dopo l'accordo di cooperazione agli esperti russi, ma ci hanno chiesto 10 milioni di dollari. Al- pannelli solari Si stacca spaziale firmato nel 1996 da Cina e Russia, i due paesi hanno la fine abbiamo risolto il problema da soli.» La strategia di stu- il secondo collaborato in maniera molto fruttuosa su sistemi di attracco, diare lavori precedenti (altrui) per poi progettare indipendente- Il primo stadio stadio modelli di veicoli spaziali, controllo di volo, sistemi di supporto mente i propri dispositivi è stata seguita anche per la maggior e la copertura ir vitale e altri aspetti della tecnologia dei voli con equipaggio. L'e- parte degli altri sistemi della Shenzhou della capsula sperienza russa nel campo della tecnologia spaziale è stata, ed è, sono eliminati di straordinaria importanza come ispirazione per la Cina». ORBITA Astronauti o «taikonauti»? I moduli si separano La menzione dei sistemi di attracco è particolarmente illu- prima del rientro minante. Sebbene Russia e Stati Uniti abbiano utilizzato diver- La Cina, tuttavia, ha ricevuto aiuto da parte russa nell'adde- si tipi di meccanismi nel corso degli anni per agganciare vei- stramento degli astronauti. Nel quadro dell'accordo di coope- coli in orbita, le fotografie della Shenzhou indicano che i cine- razione del 1996, due piloti militari cinesi - Wu Jie e Li Qing- si hanno scelto una variante russa chiamata APAS-89. Il di- long - hanno seguito corsi presso il Centro Gagarin di adde- La torretta spositivo consiste di un tunnel pressuriz- di sgancio Lo scudo termico zato del diametro di 80 centimetri, cir- (sul muso) protegge la capsula condato da «petali» di metallo che con- e i booster CONFIGURAZIONE si staccano sentono di agganciarsi a due unità pro- gettate allo stesso scopo. Originariamen- DISCESA te ideato per la russa Mir, l'APAS-89 è impiegato per l'attracco degli shuttle della NASA alla Stazione spaziale internazionale. Sebbene la Cina abbia interesse soprattutto a far attraccare le sonde alle proprie piccole stazioni spaziali, la deci- Si stacca sione di adottare il meccanismo APAS-89 o scudo termico permette alla Shenzhou di agganciarsi sia agli shuttle americani sia alla Stazione spaziale internazionale. Costruire il lanciatore N Anche la messa a punto del veicolo di lancio per la Shenzhou illustra la strategia cinese. Il razzo è uno sviluppo di ver- LANCIO -- I razzi di frenamento sioni precedenti usate per lanci scientifi- ammorbidiscono l'atterraggio' ci e commerciali, ma è stato perfezionato. Secondo Liu Zhusheng, progettista capo del lanciatore Chang Zheng 2F, l'affidabilità del veicolo è valuta- stramento per cosmonauti a Star City, non lontano da Mosca. LA PRIMA MISSIONE CINESE CON EQUIPAGGIO seguirà molto diano, nell'Atlantico e nel Pacifico meridionali. Anche i russi ta al 97 per cento: vale a dire, si prevede che falliscano solo tre Sembra che ora i due stiano dirigendo il programma di adde- probabilmente la stessa sequenza di fasi che è stata sperimentata nei avevano una flotta analoga che dismisero negli anni novanta lanci su 100. (L'affidabilità calcolata del razzo Chang Zhe_ng non stramento cinese per candidati al volo spaziale. Altri 12 piloti quattro voli di prova. Via via che il razzo prende quota, si staccano i per problemi di costi. Anziché acquistare le navi russe, la Cina modificato è del 91 per cento.) Inoltre la Shenzhou può staccarsi sono stati selezionati per formare con loro il primo gruppo di booster, la torretta di sgancio d'emergenza, il primo stadio e la ne ha costruite di proprie. dal razzo nel caso di un disastro alla partenza. Parlando di fronte astronauti cinesi. Lo scorso gennaio, alcuni quotidiani di Hong copertura della capsula. Una volta in orbita, il secondo stadio del razzo Poiché alcune delle operazioni di controllo più critiche per il a giornalisti dell'Agenzia Xinhua lo scorso gennaio, Liu ha de- Kong hanno riferito che Chen Long dovrebbe essere il miglio- si separa dalla Shenzhou, che a questo punto apre i pannelli solari.I rientro a Terra della Shenzhou devono essere eseguite mentre scritto un nuovo sistema di diagnosi dei malfunzionamenti pro- re candidato al ruolo di comandante per il primo volo con e- moduli della Shenzhou si separano prima del rientro: il modulo orbitale il veicolo sorvola l'Atlantico meridionale, nel 2000 la Cina ha gettato per controllare le condizioni del razzo e, se necessario, at- quipaggio a bordo. rimane nello spazio, il modulo di servizio brucia nell'atmosfera e il stretto un accordo con la Namibia per la costruzione di una tivare meccanismi di controllo o dare inizio all'espulsione della Tutti gli astronauti cinesi sono giovani laureati, piloti di ae- modulo di comando riporta l'equipaggio a terra, usando paracadute e stazione di rilevamento presso la città di Swakopmund. I lavo- sonda. Egli ha affermato che il sistema di distacco fornisce all'e- rei da caccia con oltre 1000 ore di esperienza di volo. Poiché lo razzi di frenamento per ammorbidire l'atterraggio. A fronte: le squadre ri sono cominciati all'inizio del 2001 e sono terminati alla fine quipaggio una probabilità di sopravvivenza del 99,7 per cento. spazio nella cabina della Shenzhou, come in quella della So- di recupero si avvicinano al modulo di comando della Shenzhou 3 dopo dello stesso anno. La struttura ospita in permanenza cinque 11 sistema di espulsione al momento del lancio della Shen- yuz, è limitato, un fisico minuto è un requisito indispensabile: l'atterraggio nella Mongolia Interna il 1° aprile 2002.1Iveicolo spaziale addetti al controllo, che salgono a 20 durante le missioni. Poi- zhou si basa sul progetto di «razzi trattori» ideato per i voli del ogni astronauta non misura più di 170 centimetri di statura e era rimasto in orbita per una settimana. ché il sito si trova al di sotto della traiettoria di rientro della Mercury NASA all'inizio degli anni sessanta e in seguito adot- pesa meno di 65 chilogrammi Shenzhou e la sonda ha un'inclinazione dell'orbita diversa da tato dai progettisti delle sonde Apollo e Soyuz. Una serie di È invece curiosamente oggetto di discussione il nome con il Anche il controllo di missione per i voli della Shenzhou ha sede quella della Stazione spaziale internazionale, la base namibia- razzi a propellente solido, montata su una torretta posta sul quale verranno indicati gli astronauti cinesi. Un appassionato qui. Inoltre il nuovo Centro per la ricerca e la sperimentazione na non potrebbe essere usata per l'assistenza ai voli di ritorno muso della Shenzhou, allontana velocemente il veicolo dal ha coniato il termine di taikonauti, da tai kong, che significa della tecnologia spaziale a Tangjialing, a nord-ovest di Pechino, dalla ISS. Questa circostanza indica che, nonostante la compa- lanciatore in caso di disastro alla partenza. La sonda è poi ac- «spazio esterno». Le autorità e la stampa sembrano però prefe- ha camere di integrazione per veicoli spaziali, camere di simula- tibilità del meccanismo di attracco della Shenzhou, i cinesi compagnata a terra dai paracadute. I razzi a propellente solido rire yuhangyuan, che è più o meno equivalente a «navigatore zione dell'ambiente spaziale (fra cui la quinta camera a vuoto non hanno interesse, almeno a breve termine, a partecipare al- sono pronti per l'attivazione da 15 minuti prima del decollo fi- dello spazio». del mondo) e dispositivi per prove di vibrazione. le attività della Stazione spaziale internazionale. no a 160 secondi dopo (a quel punto la sonda è a una quota di In preparazione alle missioni Shenzhou, la Cina ha ampia- Oltre a tutto ciò, la Cina ha a disposizione quattro navi ocea- 110 chilometri). mente migliorato le proprie infrastrutture a terra per la ricerca e niche appositamente equipaggiate per seguire il volo di missili Gli obiettivi della Cina In un'intervista rilasciata al «Quotidiano del Popolo», l'orga- l'addestramento. Il nuovo Centro spaziale cinese presso la Città e veicoli spaziali. Queste navi, chiamate Yuan Wang («Lunga no ufficiale del Partito comunista cinese, il responsabile del aerospaziale, un sobborgo a sud-ovest di Pechino, ospita tutta vista»), sono state schierate nell'Oceano Pacifico per controlla- Il primo test di volo senza equipaggio della Shenzhou, nel lanciatore, Huang Chunping, ha mostrato al giornalista un una serie di camere pressurizzate, simulatori di veicoli spaziali, re i test di missili militari e nell'Oceano Indiano per osservare 1999, scatenò l'orgoglio nazionale. «Un lancio sensazionale modello del razzo munito di quattro alette sulla sovrastruttura una centrifuga e una torre di simulazione di impatto all'atter- l'inserimento di satelliti in orbita geosincrona. Per assistere i scuote il mondo!» proclamò il «Quotidiano del popolo». Ma per che circonda la Shenzhou al momento del decollo. Le alette raggio, insieme con aule e ambulatori medici per gli astronauti. voli delle Shenzhou le navi vengono dislocate nell'Oceano In- giustificare il costo del programma Shenzhou - ufficialmente 4-2 LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it sono stati spesi finora 19 miliardi di yuan, ossia 2,3 miliardi di a circa 10 lanci all'anno. «I lanci europei saranno in prevalen- La traiettoria del «Veicolo divino» dollari - la Cina sicuramente si aspetta qualcosa di più che ti- za commerciali e scientifici, mentre la Cina si concentrerà sul- toloni in prima pagina. Il Governo prevede che un programma le applicazioni [fra cui satelliti meteorologici e per il telerileva- di voli umani nello spazio coronato da successo riuscirà a dare mento] e sul programma di voli umani», osserva. prestigio internazionale alla Cina e migliorerà in tutto il mon- Nel 2001, lasciando la carica di direttore del programma do la reputazione dei suoi prodotti ad alta tecnologia, incre- scientifico dell'ESA, Roger-Maurice Bonnet dichiarò che i go- mentando lo status della nazione come potenza diplomatica e verni europei devono prendere la decisione politica di investi- commerciale. re quanto occorre per mantenere la loro agenzia al secondo Sito di lancio Inoltre la Cina considera la tecnologia spaziale come un re- posto (dopo gli Stati Uniti) nella ricerca spaziale. In caso con- Centro spaziale di Jiuquan) quisito fondamentale per raggiungere rapidamente la parità trario, ammonì Bonnet, la Cina potrebbe scavalcare l'Europa tecnologica con l'Occidente e con il Giappone. Un rapporto nel giro di circa dieci anni. pubblicato nel 2000 dall'Ufficio informazioni del Consiglio di Molti esperti concordano nel ritenere che il tentativo cinese Oceano Stato sosteneva che l'industria spaziale è «parte integrante del- di superare Europa e Russia sia del tutto credibile. «La Cina ha Nave di controllo Pacifico l'amplissima strategia di sviluppo del paese». Secondo un arti- certamente la volontà politica di portare avanti il suo pro- Yuan Wang colo apparso sul numero di giugno 2000 di «Xiandai Bingqi», gramma spaziale» afferma Joan Johnson-Freese, dell'Asia-Pa- Traiettoria il bollettino mensile di un istituto di ricerca di tecnologia mili- cific Center for Security Studies e ora del Naval War College. «I del rientro tare, il programma di voli umani nello spazio «innalzerà il li- cinesi sono perfettamente consci dei benefici a livello di presti- vello di settori come i computer, i materiali di impiego spazia- gio interno e internazionale che Stati Uniti ed ex Unione So- le, la tecnologia di produzione, gli equipaggiamenti elettronici, vietica godettero negli anni sessanta grazie alle attività nello l'integrazione di sistemi e i metodi di collaudo». L'articolo os- spazio, nonché dei vantaggi nei settori tecnologico e indu- Oceano serva anche che l'esperienza nello sviluppo di sottosistemi per striale che hanno in seguito indotto l'Europa a varare un pro- Atlantico Oceano Indiano veicoli spaziali quali la navigazione, la propulsione e il sup- prio programma spaziale.» meridionale porto vitale potrà essere applicata a «progetti a duplice valen- A riprova della loro determinazione, i responsabili del pro- za, militare e civile». gramma cinese hanno già delineato i passi successivi alle pri- Accensione Il progetto della Cina è quello di costruire indipendente- me missioni con equipaggio della Shenzhou Zhang Qingwei, del motore di mente una capacità spaziale di alto livello partendo da una ri- un funzionario di alto livello dell'Agenzia che sovrintende il frenamento stretta base tecnologica. Anziché mettere a punto una grande programma spaziale, ha dichiarato al «Quotidiano del Popolo» varietà di tecnologie aerospaziali, come hanno fatto gli Stati lo scorso gennaio: «Il modulo orbitale [rimane nello spazio] Xichang La Cina considera la tecnologia spaziale fondamentale Stazione di controllo di Swakopmund per raggiungere la parità con i paesi occidentali DOPO IL DECOLLO presso il Centro spaziale di Jiuquan, la sonda Shenzhou nettate, forse già entro i prossimi due anni. E sostiene che nel Uniti, la Cina mira a concentrarsi su aree specifiche in cui au- per costituire la base del secondo stadio del programma di vo- prenderà quota sopra l'Oceano Pacifico, dove sarà controllata da una 2006 o 2007 la Cina metterà in orbita una stazione più grande, spica di eguagliare e poi superare i risultati di altre nazioni. In li umani: la formazione di un ponte di aggancio fra una sonda delle navi Yuan Wang («Lunga vista»). Al momento del ritorno a Terra, il simile alle Salyut russe lanciate negli anni settanta e ottanta. un articolo pubblicato sul «Quotidiano del popolo» nell'aprile e un altro veicolo spaziale». Gli osservatori generalmente in- veicolo accenderà un motore di frenamento al di sopra dell'Oceano Alla fine, a suo parere, i cinesi inizieranno l'assemblaggio in 2000, Luan Enjie, direttore dell'Ufficio aerospaziale cinese, spie- terpretano questa affermazione nel senso che, nel prossimo fu- Atlantico meridionale. Questa operazione sarà seguita da una stazione di orbita di una struttura analoga alla russa Mir: una stazione gava: «Considerando le limitate risorse finanziarie statali e la turo, una Shenzhou con equipaggio a bordo potrà incontrare e controllo situata presso Swakopmund, in Namibia. La zona prevista per spaziale da 130 tonnellate. debolezza delle basi industriali e tecniche, non abbiamo la for- agganciare un veicolo orbitale automatico lasciato nello spa- l'atterraggio è circa 500 chilometri a est di Jiuquan, la più grande delle Oltre a ciò, la Cina sta accelerando lo sviluppo di satelliti za per raggiungere e superare i paesi più avanzati del mondo zio da una missione precedente. basi di lancio cinesi (nel riquadro). automatici per telecomunicazioni, previsioni meteorologiche, in tutti i settori aerospaziali». Una volta eseguita con successo questa operazione prelimi- navigazione e ricerca spaziale. I responsabili cinesi hanno an- Sebbene la Cina sia ancora molto lontana dall'insidiare il nare, diventerà possibile tentare l'attracco della Shenzhou a un BIBLIOGRAFIA che preso in considerazione alcuni progetti per far scendere primato spaziale statunitense - e anche europeo, tutto somma- piccolo laboratorio orbitante. L'articolo del 2002 apparso su sulla Luna piccoli rover telecomandati entro il 2010. Alcuni to - potrebbe avere obiettivi più raggiungibili. Se vi è una «Liaowang» descrive i passi futuri: «Una volta che avrà inviato CHANG IRIS, Thread of the Silkworm, Basic Books, 1996. mezzi di comunicazione occidentali hanno addirittura riferito nuova corsa allo spazio, per ora, è per il secondo posto. Il pro- astronauti nello spazio, la Cina lancerà presto una capsula spe- JOHNSON-FREESE JOAN, The Chinese Space Program: A Mystery che la Cina intende inviare alcuni astronauti sul nostro satelli- gramma spaziale russo si è fermato, negli anni novanta, e ora rimentale equipaggiata per consentire permanenze a breve ter- within a Maze, Krieger Publishing Company, 1998. te, ma queste notizie sono giunte da fonti non ufficiali, ed è si mantiene a malapena in vita solo attraverso massicce opera- mine». Questa capsula viene descritta altrove come «un labora- HARVEY BRIAN, The Chinese Space Programme: From Conception to possibile che siano state tradotte erroneamente, o che non cor- zioni commerciali con clienti occidentali. Con un prodotto na- torio con presenza umana a breve termine», destinato a essere Future Capabilities, Wiley-Praxis Series in Space Science and Techno- rispondano a progetti reali. Una missione con equipaggio ver- zionale lordo e un bilancio statale cinque volte maggiori di seguito da una stazione spaziale progettata per permanenze logy, John Wiley &Sons, 1998. so la Luna sarebbe di gran lunga più costosa del progetto quelli russi, la Cina può permettersi di investire di più nella più lunghe. Siti Internet: www.spacedaily.com/dragonspace.html, Shenzhou, mentre le ricadute in termini di promozione della corsa allo spazio rispetto alla vecchia rivale degli Stati Uniti. Lo scorso gennaio alcuni funzionari, che hanno preferito www.astronautix.com,www.fas.org/spp/guide/china/index.html, tecnologia cinese non sarebbero granché superiori. Ma i cinesi non hanno esattamente le mani bucate. I 2,3 mi- mantenere l'anonimato, hanno fornito ulteriori dettagli ai gior- people.itu.int/—meens/Shenzhou/shenzhou.htm, Secondo esperti del calibro di Harvey, portare astronauti in liardi di dollari che la Cina ha ufficialmente investito nel pro- nalisti dell'agenzia Xinhua: «Come passo successivo, la Cina www.cnsa.gov.cn e www.cgwic.com/index1.html orbita terrestre sarebbe già un risultato sufficiente a mostrare getto Shenzhou negli ultimi 10 anni sono poco più della metà tenterà di compiere progressi nella tecnologia dell'attracco di al mondo la Cina sotto una luce nuova. «Il paese dimostrerà di di ciò che la NASA investe ogni anno per lo space shuttle. sonde e veicoli spaziali con equipaggio e lancerà un laborato- aver raggiunto lo status di superpotenza spaziale», afferma. «E Lo sviluppo del programma spaziale cinese sta già comin- rio orbitante. Dopo di che, costruirà una stazione spaziale oc- L'AUTORE se la Cina riuscirà a mettere in orbita una sua stazione spazia- ciando a insidiare l'attività dell'Agenzia spaziale europea, che cupata a lungo termine per risolvere problemi relativi a esperi- le di classe Salyut, farà una grandissima impressione. In Asia, non ha mai inviato astronauti in orbita, ma è al primo posto menti scientifici di grande scala e a tecnologie applicate, e per JAMES OBERG ha lavorato per 22 anni alla NASA, a Houston, oc- soprattutto, ma anche nel resto del mondo.» Gli obiettivi del nel mondo per quanto riguarda i satelliti commerciali senza contribuire al pacifico sviluppo dello spazio esterno da parte cupandosi specificamente dei rendez-vous orbitali dello shut- programma spaziale cinese non sono ovviamente gli stessi de- equipaggio. L'ESA è ostacolata nel suo impegno dallo scarso en- dell'umanità». tle. Consulente, conferenziere e scrittore, ha al suo attivo una gli Stati Uniti, della Russia o dell'Europa. A giudicare dai vei- tusiasmo di molti suoi paesi membri e dai tagli al budget per la Phillip S Clark, un consulente spaziale britannico specializ- decina di libri e innumerevoli articoli sui programmi spaziali di coli già costruiti e dalle infrastrutture realizzate, sembra chiaro ricerca spaziale. Harvey sostiene che nell'arco di cinque anni zato in tecnologia cinese e russa, prevede che l'Agenzia spazia- Stati Uniti e Russia. che nel futuro prevedibile la Cina intende seguire una propria la Cina potrebbe eguagliare il ruolino di marcia dell'ESA, pari le cinese possa lanciare un piccolo laboratorio, di 12-14 ton- strada nello spazio. LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 45 Per molti versi, la guerra contro la resistenza agli antibiotici è già persa; la prevenzione delle malattie batteriche richiede approcci completamente nuovi e ben ponderati di Carlos AmMile-Cuevas er millenni le infezioni batteriche sono state un 1::• flagello per l'umanità. Peste, tubercolosi, infezioni settiche e febbre tifoide hanno causato sconvolgimenti di portata storica e innumerevoli ~d'e personali. Non vi è da stupirsi, quindi, che gli an- Wic)tici siano stati accolti al loro apparire come farmaci miracolosi. Per alcuni decenni il successo delle terapie antibiotiche è stato senza dubbio notevole, ma l'entusiasmo stesso nei confronti di questi farmaci ha indotto a farne un uso sconsiderato. Gli osservatori sottovalutavano l'emergere dei primi ceppi batterici resistenti; si stava ancora scoprendo un gran numero di nuovi antibiotici, e si pensava che farmaci efficaci sarebbero comunque stati sempre disponibili. Poi, una volta che le infezioni furono sotto controllo, le società farmaceutiche perse- ro interesse allo sviluppo di nuovi antibiotici. Dopo decenni di entusiasmi e proprio cinquant'anni dopo il primo impiego clinico di un antibiotico, la penicillina, la minaccia sanitaria globale co- stituita dalla resistenza agli antibiotici ha finalmente ottenuto vasta attenzione. Questo tema faceva la sua comparsa sulle co- pertine di «rime» e «Newsweek» agli inizi degli anni novanta; ora la maggior parte della gente sa che gli antibiotici possono non QUESTI MICIDIALI BATTERI della specie Staphylococcus aureus, alcuni funzionare. Per quasi vent'anni, dai primi anni ottanta alla fine dei quali sono in fase di divisione, resistono alla maggior parte degli antibiotici. Alcuni soprawivono perfino alla vancomicina, a lungo degli anni novanta, non è stato introdotto nell'uso clinico un solo considerata l'arma risolutiva contro questi microrganismi che spesso ,..g, antibiotico veramente nuovo. E anche dal 1999 a oggi è stato im- infettano pazienti ospedalizzati. Normalmente, i geni della resistenza messo sul mercato un numero molto limitato di nuovi antibiotici. alla vancomicina sono instabili negli stafilococchi, ma l'enorme 2 pressione selettiva creata dall'abuso di antibiotici ha indotto alcuni 5 Nel frattempo, la resistenza continua a evolvere, e i farmaci per- ceppi a trattenere questo carattere. I microrganismi hanno sviluppato 9k2.} dono rapidamente efficacia. Ciò comporta costi di terapia sempre Questo articolo è stato pubblicato una miriade di modi per soprawivere all'esposizione agli antibiotici. 5 maggiori, perdita di ore di lavoro e, cosa naturalmente peggiore di su «American Scientist»,vol. 91, n. 3, marzo-aprile 2003, I batteri di questa microfotografia, ottenuta con un microscopio 3 con il titolo NewAntibiotics and New Resistance elettronico a trasmissione, sono ingranditi circa 80.000 volte. tutte, perdita di vite umane. Da circa un decennio studiamo i mec- PH 1.65 canismi grazie ai quali i batteri sviluppa- Parete Membrana no resistenza in modo così rapido; è in- cellulare Cromosoma cellulare 2 3 fatti importante porre rimedio a ciò di cui P02 310 88, i medici si stanno sempre più rendendo IemP 30.8 .c 4.7 conto: gli antibiotici sono farmaci al tempo stesso potenti e pericolosi. Di sicuro 3 29 dovremo cambiare il nostro modo di con- RE 7 siderare i batteri in quella che si prospetta S02 100 , come l'era del «dopo antibiotici». Segnale di attivazione Come nasce la resistenza dell'operonoe Segnale di attivazione del regulone Gli antibiotici sono composti che uccidono le cellule batteriche, o ne inibiscono la crescita, senza danneggiare il paziente. Ma non esiste un antibiotico che possa uccidere o inibire tutti i batteri. La penicil- Proteina d lina naturale e gli antibiotici macrolidici, regolazion come l'eritromicina, non possono penetra- attivata re nel batterio intestinale Escherichia coli o in suoi affini; solo un pugno di farmaci funziona contro l'«impermeabile» Myco- bacterium Mbercolosis, che causa la tubercolosi. L'intrinseca resistenza dei batteri definisce lo spettro di ciascun antibiotico; gli antibiotici ad ampio spettro sono efficaci contro una grande varietà di germi, mentre quelli a spettro stretto ne control- lano solo alcuni. La resistenza di cui par- liamo si riferisce ai casi in cui organismi LE CELLULE BATTERICHE HANNO UN CROMOSOMA CHIUSO SU SE STESSO che reca tutti i geni di cui la NON SEMPRE I BATTERI hanno bisogno, William Costerton, della Montana State biotici sono ubiquitari. Inoltre, ci siamo che in origine venivano uccisi da un cer- cellula ha bisogno per vivere. Talvolta, le cellule contengono molecole addizionali di DNA, dette per sopravvivere, di specifici geni di resistenza University. Può succedere che piccole po- stupiti nel constatare che i ceppi capaci di to farmaco improvvisamente riescono a «plasmidi», che fungono da supplemento genetico al genoma (in alto). I geni che conferiscono agli antibiotici. Talvolta generano polazioni all'interno di questi aggregati formare biofilm non recano plasmidi con moltiplicarsi in sua presenza. Quando la resistenza agli antibiotici o altri caratteri pericolosi spesso risiedono nei plasmidi, che, a differenza semplicemente aggregati che prendono siano in grado di sopportare l'azione di maggiore probabilità rispetto ai ceppi che massima concentrazione di antibiotico dei cromosomi, possono essere facilmente trasmessi a cellule vicine. I batteri possono anche l'aspetto di sottili pellicole, dette biofilm, e che agenti antimicrobici e di riprendere a mol- non formano biofilm, anche se è stato di- che si può raggiungere nel sangue e nei proteggersi da composti nocivi attivando meccanismi di difesa in risposta a segnali chimici si formano spesso sui cateteri. Ostacolando tiplicarsi una volta che il farmaco non sia mostrato che la mobilizzazione genica si tessuti di un paziente non ha più alcun ef- (in basso). I geni che presiedono a questi meccanismi possono essere disposti a formare «operoni»: la diffusione dell'antibiotico, danno più presente. Questa, che possiamo defini- verifica nei biofilm e che la «coniugazio- fetto su un batterio, diciamo che il ceppo è il segnale chimico di attivazione agisce su un gruppo di geni adiacenti; nel caso di una struttura il tempo ad alcune sottopopolazioni batteriche re una persistenza, più che una resistenza ne», un potente meccanismo di mobiliz- diventato «resistente». a «regulone», il segnale attiva sempre un insieme di geni, ma questi sono dispersi nel genoma. di mettere in atto meccanismi di difesa. vera e propria, è responsabile del falli- zazione genica, consente la formazione di La prima spiegazione proposta per la mento di terapie antibiotiche, specialmen- biofilm in E. coli. resistenza è stata che le mutazioni di una ni. I geni della resistenza possono diffon- vy della Tufts University, è un insieme di IN SINTESI te quando il biofilm aderisce a corpi estra- cellula batterica, ossia i cambiamenti nel dersi da mutanti o anche direttamente da geni che viene attivato da una singola nei, come protesi o cateteri. 11 meccanismo Nuovi esempi di resistenza suo codice genetico, in qualche modo ini- specie in grado di produrre antibiotici. proteina di regolazione e porta a una resi- • La comparsa di ceppi di batteri non è ben conosciuto, ma la diffusione bissero l'azione dell'antibiotico. Molti or- Inoltre, questi geni possono accumularsi stenza multipla agli antibiotici. Il regulone resistenti agli antibiotici è un fenomeno lenta dell'antibiotico athaverso il biofilm Uno dei più inquietanti nuovi casi di ganismi resistenti si sviluppavano grazie in una singola cellula, dando come risul- sox (da superaxide), descritto dal gruppo di noto fin dall'introduzione della può dare ad alcune cellule il tempo di atti- resistenza si è manifestato con il recente alla comparsa di mutazioni spontanee; e tato germi multi-resistenti. Bruce Demple ad Harvard, è un insieme di vare risposte allo stress ambientale, come i isolamento di un ceppo di Staphylococ- penicillina; da alcuni anni è tuttavia ciò è vero, in particolare, per i batteri che I batteri spesso ospitano i geni della re- geni attivato da radicali superossido. I se- meccanismi mar o sox. Inoltre, i biofilm cus aureus resistente alla vancomicina, un diventato allarmante, avendo causano la tubercolosi. Ma i geni che con- sistenza in piccole molecole di DNA chia- gnali di attivazione per questi reguloni so- sono luoghi ideali per la mobilizzazione farmaco considerato l'arma risolutiva per feriscono resistenza emergono e si accu- mate plasmidi, che fanno da «supplemen- no molto diversi, e vanno dall'acido salici- interessato in tempi molto brevi anche orizzontale dei geni, permettendo che i le infezioni causate da enterococchi e sta- mulano - dando origine a ceppi resistenti ti» genetici al genoma del nucleo. Scam- lico (il principio attivo dell'aspirina) ai ra- i farmaci di ultima generazione. geni della resistenza vengano trasferiti ed filococchi, che spesso causano infezioni in a tre o più antibiotici (ceppi multi-resi- biarsi questi plasmidi è più facile che mo- dicali superossido, liberati dai globuli • La resistenza ai farmaci non è dovuta espressi rapidamente. pazienti ospedalizzati. Gli enterococchi re- stenti) - troppo rapidamente rispetto alla bilizzare geni contenuti nel genoma. An- bianchi per uccidere i batteri invasori. Ana solo alla selezione naturale che opera su Eliana Drenkard e Frederick M. Asubel, sistenti alla vancomicina sono già un pro- velocità con cui si verificano le mutazio- che i geni che conferiscono altri caratteri Fuentes, che lavora nel mio laboratorio, della Harvard Medical School, hanno i- blema sanitario generale, ma fino a tem- mutazioni spontanee casuali. Esistono ni spontanee. Inoltre, in alcuni ceppi resi- pericolosi, come la virulenza, si trovano ha scoperto che anche il mercurio, in con- dentificato una proteina di Pseudomonas pi recenti il farmaco era ancora efficace anche altri meccanismi. In particolare stenti si trovano esattamente gli stessi ge- nei plasmidi. centrazioni simili a quelle rilasciate dall'a- aeruginosa che regola sia la formazione di contro lo stafflococco aureo. Poi, nel lu- popolazioni di batteri possono ni della resistenza scoperti in specie che Oltre ai geni specifici per la resistenza, i malgama delle otturazioni dentali durante biofilm sia la commutazione tra resisten- glio 2002, i Centers for Disease Control di producono naturalmente antibiotici. (Gran batteri hanno altri meccanismi di difesa la masticazione, può attivare il sistema scambiarsi le informazioni genetiche za e suscettibilità agli antibiotici. Fabrizio Atlanta hanno confermato l'isolamento di parte degli antibiotici si ottiene da specie per bloccare l'entrata di composti nocivi o sox. Una volta attivati, questi sistemi pro- relative alla resistenza e alla virulenza, Delissalde, del mio laboratorio, ha scoper- un primo ceppo resistente alla vancomici- di batteri del suolo.) pomparli fuori dalla cellula. Questi mecca- teggono i batteri da molti antibiotici e le che non sono integrate nel cromosoma, to che, tra i ceppi di P. aeruginosa che na. Già si sapeva che alcuni ceppi di stafi- Presto è stato chiaro che i batteri posso- nismi vengono attivati in risposta a parti- mutazioni che mantengono attivato uno ma trasportate da plasmidi. causano infezioni in pazienti ospedalizza- lococco avevano una sensibilità ridotta al- no scambiarsi geni tramite un processo colari segnali chimici, e possono rendere di questi sistemi danno come risultato una ti, più grande è la capacità di produrre la vancomicina, ma - fatto rassicurante - • Questa scoperta impone di riservare noto come «trasferimento genico orizzon- una popolazione temporaneamente resi- multi-resistenza permanente. biofilm, più piccolo è il numero di geni i tentativi sperimentali di introdurre geni l'uso degli antibiotici ai casi tale»: una mutazione tale da conferire re- stente a vari farmaci. In E. coli si conosco- Un'altra strategia consente ai batteri di della resistenza farmacospecifica nel cep- della resistenza alla vancomicina in S. au- strettamente necessari e di pensare sistenza agli antibiotici può essere acquisi- no almeno un paio di questi meccanismi. sopravvivere agli antibiotici. Spesso le cel- po. La protezione data dalla formazione reus erano falliti, poiché i geni diveniva- ta da batteri che si trovino nelle vicinanze, «regulone» mar (multiple antibiotic resi- lule batteriche crescono in aggregati com- a nuove strategie antibatteriche. dei biofilm permette a questi batteri di sono instabili e si perdevano rapidamente. anche se appartengono a specie poco affi- stance), scoperto dal gruppo di Stuart Le- plessi, i «biofilm», un termine coniato da pravvivere negli ospedali, dove gli anti- Sembra però che dopo esposizione conti- 5 0 LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 51 nua alcuni microrganismi possano tratte- LA MAGGIOR PARTE DEI «NUOVI» ANTIBIOTICI che sono stati immessi sul mercato negli ultimi all'RNA inibitore (antisenso): la proteina nere tali geni. È verosimile che sotto la vent'anni sono in realtà versioni chimicamente modificate di farmaci sviluppati molti decenni fa; viene prodotta e la cellula muore. Questo pressione selettiva dovuta all'abuso di an- di fatto sono soltanto «semi-nuovi». Alcune famiglie di molecole completamente originali stanno sistema assicura la sopravvivenza del tibiotici, il nuovo ceppo abbia non solo pure entrando, molto lentamente, in uso (nuovi). Anche per farmaci che sono divenuti disponibili plasmide all'interno dell'ospite batterico: acquisito il carattere della resistenza, ma solo da poco la resistenza agli antibiotici può essere in rapido aumento. ogni batterio che perde il plasmide viene anche la capacità di trattenerlo. rapidamente eliminato dalla popolazione. Abbiamo un interessante indizio sulle Heinemann ipotizza che gli antibiotici Antibiotici Resistenza modalità di evoluzione dei geni per la re- fungano da tossina esterna in un sistema sistenza alla vancomicina. Un batterio ha analogo, in cui i geni della resistenza sono Semi-nuovi bisogno di parecchi geni per aggirare l'ef- l'antidoto. Se il plasmide viene perduto, fetto della vancomicina; oggi questi si tro- l'antibiotico uccide la cellula; gli antibioti- vano tutti insieme e vengono attivati si- Nuove streptogramine Resistenza tra stafilococchi ci stanno così spingendo l'evoluzione e la multaneamente, in quello che è detto un ed enterococchi diffusione dei plasmidi. «operone». Tuttavia, come ha rivelato l'a- La maggior parte degli antibiotici non è nalisi di sequenza del DNA condotta da nuova per i batteri; per Julian Davies, del- Patrice Courvalin dell'Institut Pasteur, es- l'Università della British Columbia, gli an- si sembrano provenire da fonti differenti. Nuovi fluorochinoloni Resistenza tra pneumococchi tibiotici potrebbero anzi essere tra le bio- e streptococchi di gruppo A Enterococchi e stafflococchi sembrano a- molecole più antiche. Se si esaminano i vere un'abilità particolare nel rimescolare pochi ceppi batterici conservati da prima e riassemblare le sequenze di DNA. della scoperta degli antibiotici, si vede che Anche altre famiglie di antibiotici sono quasi nessuno di essi è resistente agli anti- in pericolo. I fluorochinoloni, per esempio, Nuovi carbapenemi Resistenza diffusa biotici. Miriam Barlow e Barry G. Hall, sono stati intensamente sfruttati nel corso dell'Università di Rochester, ritengono tut- degli ultimi 15 anni. Uno dei primi farma- tavia che i geni per gli enzimi che inatti- ci di questo gruppo è stato la ciprofioxaci- vano antibiotici come la penicillina - o al- na, per qualche motivo ritenuta erronea- meno enzimi molto affini - siano presenti mente il solo farmaco efficace contro il Ancora da rilevare nei plasmidi da milioni di anni. Sembra batterio dell'antrace. Sono ora disponibili pertanto plausibile che le interazioni tra nuove generazioni di fluorochinoloni, uti- plasmidi e antibiotici siano molto più vec- • lizzabili contro batteri, come Streptococ- • , chie della stessa umanità e che la sola co- cus pneumoniae, che provocano infezioni Defluorochinoloni •• // sa nuova che abbiamo fatto impiegando respiratorie e sono sempre più resistenti / • Ancora da rilevare massicce quantità di antibiotici è stato (non ancora disponibili) alla penicillina e all'eritromicina. La resi- rendere tali interazioni molto più comuni. i , stenza nei confronti dei fluorochinoloni ' Un problema inquietante riguarda i risulta principalmente da mutazioni in ge- rapporti fra la resistenza di un batterio e la ni che codificano per enzimi presi a bersa- sua capacità di scatenare la malattia, vale Glicilcicline glio dagli antibiotici; questi geni sono dif- (non ancora disponibili) Ancora da rilevare a dire la sua virulenza. È spaventoso pen- • ficili da trasferire orizzontalmente. Ma, nel I / • sare che batteri più resistenti possano an- 2002, John Tran e George Jacoby - della I' che essere particolarmente virulenti, ma Lahey Clinic di Burlington - hanno de- Ce4V • potremmo essere vicini a creare proprio saci rfiitutoo riol cphriinmoolo mnie ccacuasnaitsom doa duin r epslaisstmenidzea Nuovi > .3 77, .3 14-6, 60W, .DIF70 H0 H0 M mcoinctreonregnatni issima ig dein iq dueelsltao rgeesinseteren.z Pa lsaisam gied-i in un batterio gram-negativo come E. co- ni della virulenza sono stati descritti fin Resistenza tra enterococchi li. Una proteina codificata dal plasmide Ossazolidinoni e Staphylococcus aureus dagli anni settanta. E simili coppie di geni che essi hanno scoperto può proteggere vengono via via scoperti anche in altre l'enzima bersaglio dal farmaco. È ancora strutture genetiche mobili, come gli inte- presto per sapere quanto sia comune ed , groni e le cassette geniche (mobile gene efficace questo meccanismo; si tratta, co- cassettes), che possono riarrangiarsi per munque, di un nuovo percorso per la tra- • Ancora da rilevare creare combinazioni pericolose. Quando smissione orizzontale dei geni che con- questi geni sono collegati, l'abuso di anti- sentono la sopravvivenza dei batteri. biotici può selezionare batteri non solo re- I carbapenemi, la famiglia a cui appar- sistenti, ma anche più virulenti. tengono l'imipenem e il meropenem, sono in grado di distruggere queste molecole; ma che impedisce la sopravvivenza di cel- I METODI PER SPERIMENTARE L'EFFICACIA DEGLI ANTIBIOTICI rilevano l'inibizione della crescita dei L'aumento della virulenza e della resi- antibiotici a spettro molto ampio e, fino a altri (e in numero sempre maggiore) han- lule batteriche che abbiano spontanea- batteri. Nella tecnica dei dischetti di diffusione (in alto), si dispongono dischetti di carta stenza possono essere l'esito di uno stes- tempi recenti, erano i farmaci d'elezione no enzimi che, a partire da forme capaci mente perduto i loro plasmidi. Questo si- impregnati di antibiotici diversi su una piastra rivestita di batteri. L'antibiotico si diffonde so meccanismo. Le pompe cellulari che e- contro gravi infezioni causate da batteri di inattivare farmaci affini, si sono evoluti stema di «uccisione post-segregazionale» verso l'esterno e inibisce la crescita dei microrganismi sensibili al farmaco, causando un alone spellono i composti nocivi dai batteri pos- opportunisti multi-resistenti. Questi mi- fino a rendere inutili anche gli antibiotici (psk, post-segregational killing) è formato attorno al dischetto. Per determinare la resistenza di un microrganismo a un farmaco si misura sono detossificarli dai sali biliari, consen- crorganismi - fra cui si annoverano P. ae- di ultima generazione. da due geni presenti nel plasmide: uno il diametro dell'alone di inibizione. Il ceppo di batteri sulla piastra di sinistra è sensibile a tutti tendo loro di sopravvivere nel tratto inte- ruginosa e Klebsiella pneumoniae - sono Jack Heinemann, dell'Università di codifica per una proteina tossica, l'altro è i farmaci tranne due (situati a ore 3 e a ore 9), mentre il ceppo sulla destra è sensibile a un solo stinale e, allo stesso tempo, di resistere agli assai diffusi, ma di solito scatenano un'in- Canterbury, in Nuova Zelanda, ritiene che una molecola di RNA che impedisce l'e- farmaco (situato a ore 7). Un secondo metodo (al centro), consiste nel disporre strisce di plastica antibiotici. I meccanismi che proteggono i fezione solo in pazienti reduci da inter- l'evoluzione della resistenza dipenda for- spressione di quella proteina Quando il attraversate da differenti concentrazioni di antibiotici su piastre rivestite di batteri; gli aloni batteri dalle molecole dei radicali liberi, venti invasivi o dal sistema immunitario temente dalla biologia dei plasmidi batte- plasmide è nella cellula, entrambi i geni attorno alle strisce non sono circolari, ma ellittici, e indicano la concentrazione in grado di inibire generate dalle cellule immunitarie, pos- indebolito. Da un po' di tempo, però, vari rici. Vent'anni fa Kenn Gerdes, allora ri- vengono trascritti, ma la proteina tossica la crescita; i microrganismi sulla piastra di destra sono resistenti a tutti gli antibiotici sono anche proteggerli dai farmaci. Dal ceppi stanno diventando resistenti ai car- cercatore presso il Dipartimento di biolo- non viene mai prodotta. Se però il plasmi- sperimentati. Il metodo di diluizione seriale (in basso) rivela la prima concentrazione in grado punto di vista epidemiologico, un batterio bapenemi a una velocità allarmante. Al- gia della Danmarks Tekniske Universitet de va perduto, l'RNA messaggero che co- di bloccare la crescita, osservata come torbidità. L'antibiotico nella seconda fila dall'alto non è in più resistente è un invasore di maggior cuni possiedono un vecchio, raro enzima di Lyngby (Copenaghen), scoprì un siste- difica per la proteina tossica sopravvive grado di inibire questo ceppo alle concentrazioni impiegate. successo, che ha più possibilità di diffon- 52 LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 5 3 dersi aiQaverso il contagio, per il semplice più promettente fosse costituito dalla tera- vettati negli anni sessanta; i loro derivati Popolazione batterica prima in cura per altre, possono essere molto O O Qn fatto che i pazienti restano ammalati per pia delle malattie croniche, che richiedono migliorati, i fiuorochinoloni, hanno fatto O dell'esposizione ad antibiotici gravi. Ma le infezioni provocate da bat- periodi più lunghi. Così i batteri resistenti un intervento continuo, piuttosto che in la loro comparsa all'inizio degli anni ot- O - O teri dell'intestino non stanno ricevendo le c3 non sono solo più difficili da controllare, quella delle malattie infettive. In ogni ca- tanta. Questa strategia di miglioramento attenzioni adeguate, e la loro resistenza o ma anche più pericolosi. so, fino a tempi recenti, i soli antibiotici di vecchi farmaci sta ancora generando aumenta di continuo. «nuovi» erano forme leggermente modifi- molti antibiotici «semi-nuovi» ma, fortu- Produttore Per anni, non si è fatto quasi alcuno Antibiotici nuovi e semi-nuovi cate di vecchi farmaci. Ciò ha condotto al- natamente, stanno entrando in commer- C---) naturale sforzo per trovare nuovi farmaci anche le cefalosporine di terza e quarta genera- cio anche antibiotici del tutto nuovi. di antibiotici per la tubercolosi, che sembrava una ma- Le case farmaceutiche stanno ripren- zione, scoperte per la prima volta negli Tra questi vi sono gli ossazolidinoni e lattia in via di sparizione, almeno nei pae- dendosi da quasi 20 anni di disinteresse anni cinquanta; alla seconda generazione le everninomicine, destinati alle infezioni si sviluppati. Ma dopo la comparsa di un per lo sviluppo di nuovi composti antibat- di aminoglicosidi, nati negli anni quaran- causate da patogeni gram-positivi come focolaio epidemico a New York, all'inizio terici. Tra gli anni settanta e ottanta, si era ta; e a nuove versioni di macrolidi, sco- pneumococchi, enterococchi, e stafilococ- degli anni novanta, in cui quasi il 10 per diffusa l'idea che le malattie infettive bat- perti 50 anni fa L'ultima famiglia svilup- chi. Molti di questi organismi causano in- cento dei casi si era rivelato resistente a teriche fossero definitivamente sconfitte. pata nella prima ondata di scoperta di an- fezioni in pazienti ospedalizzati. E queste due o più farmaci, la tubercolosi ha ri- Trasferimento Inoltre, alcuni sostenevano che il business tibiotici è stata quella dei chinoloni, bre- malattie, che il paziente contrae mentre è genico guadagnato l'attenzione del pubblico e, si spera, delle case farmaceutiche. M. tu- bercolosis è un microrganismo particolar- Meccanismi di resistenza o mente forte: è ricoperto da diversi strati di parete cellulare, uno dei quali, simile a ce- Farmaci specifici Multi-farmaco 000 ra, impedisce a molti farmaci di penetrare nella cellula. È inoltre protetto da molti Le pompe batteriche I batteri Cellula Disinfettante Trasferimento antibiotici in quanto si sviluppa all'inter- espellono il farmaco inattivano il farmaco meno permeabile °O genico no di cellule del sistema immunitario, e si Parete sviluppa lentamente, cosicché le terapie o cellulare (LI) / Ait .tur azione devono essere mantenute fino a sei mesi. Infine, vi è un problema di marketing: per quanto la tubercolosi uccida due milioni di persone all'anno in tutto il mondo, è OD eri Trasferimento soprattutto una malattia dei poveri. Fino a Membrana genico tempi recenti, i quattro o cinque agenti cellulare Ribosoma _ anti-TBC erano ancora utili, specialmente Macroli, in combinazione. Ma via via che la resi- Cetraciclina (p.es. ,a) Aminoglicosidi ert) stenza aumenta stiamo esaurendo le op- zioni a nostra disposizione. Per quanto una recente donazione di 25 milioni di Una mutazione impedisce che il farmaco colpisca il bersaglio Pompe multi-farmaco dollari dalla Bill and Melinda Gates Foun- dation abbia dato un po' di linfa alla ricerca su questo fronte, questa cifra impallidi- sce di fronte ai 350 milioni di dollari spesi dalle case farmaceutiche per sviluppare ciascun nuovo antibiotico. Trasferimento genico Usare antibiotici con la testa eNtiess Cp Perdita spontanea L'ACQUISIZIONE DI RESISTENZA Dato che l'abuso di antibiotici ha con- di meccanismi ai farmaci è una risposta dotto a una crescente resistenza, è sempre di multi-resistenza naturale dei batteri alla più raccomandabile farne un uso pruden- I batteri proteggono I batteri aggirano Le cellule pressione selettiva instaurata te. Si stima che al mondo vengano consu- il bersaglio del farmaco gli effetti del farmaco formano biofilm dalla diffusione degli antibiotici. mati da 90 a 180 milioni di chilogrammi (zz7b5t) Prima che il loro uso diventasse frequente, le popolazioni di antibiotici all'anno. Considerando che batteriche erano per lo più suscettibili ai farmaci. Già dai suoi un simile quantitativo basterebbe per 25 inizi la somministrazione degli antibiotici ha però miliardi di cicli completi di trattamento - selezionato i pochi organismi resistenti (in rosso e in blu). vale a dire quattro all'anno per ogni essere Il trasferimento occasionale di caratteri genetici da umano - sembra necessario ridurne il nu- batteri naturalmente produttori di antibiotici (in verde) mero. In questa guerra sono già state vin- EQ2A/ ha fatto emergere organismi multi-resistenti. Di fatto, te alcune battaglie: le vendite di antibioti- ogni pressione selettiva (qui rappresentata come un ci stanno diminuendo in tutto il mondo, setaccio) seleziona caratteri per la resistenza. anche se aumentano quelle di tutti gli altri Anche i geni in grado di conferire resistenza ad altri farmaci. Gli sforzi della Alliance for the antibatterici, come i disinfettanti (in viola), Prudent Use of Antibiotics (APUA), guida- I BATTERI SFRUTTANO MOLTI MECCANISMI per resistere agli antibiotici, di resistenza riflettono il fatto che gli antibiotici prendono di mira molte possono condurre a una resistenza ai farmaci. ta da Stuart Levy della Tufts University, meccanismi che possono tuttavia venire classificati in due categorie componenti diverse nella cellula batterica. Alcuni, come la penicillina, hanno richiamato l'attenzione dei legisla- generali: quelli che conferiscono resistenza a singoli farmaci (a sinistra) prendono di mira la parete cellulare; altri, come gli aminoglicosidi tori statunitensi, e l'uso degli antibiotici in e quelli che conducono a una resistenza multipla (a destra). I farmaci e i macrolidi, colpiscono i ribosomi. Altri ancora aggrediscono enzimi zootecnia incontra sempre più ostacoli. verso i quali è stata sviluppata resistenza specifica sono citati particolari, come la girasi, necessaria per la copiatura del DNA, oppure Gli antibiotici sono stati aggiunti alla negli angoli in basso a destra dei riquadri. Le diverse strategie enzimi coinvolti nella sintesi di un nutriente indispensabile come il folato. dieta degli animali d'allevamento per de- LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 55 cenni, in quanto «promotori della cresci- ro prodotti, facendo diminuire la pressio- Uso razionale: è la soluzione? traverso altri meccanismi, essenzialmente Inoltre, i geni della resistenza agli anti- me hanno dimostrato Gabriela Jiménez- ta». Questa, insieme alla ridotta frequenza ne per promuovere le prescrizioni. In ogni sconosciuti. In esperimenti divenuti classi- biotici sono spesso fisicamente legati a ge- Arribas e Verónica Léautaud, del nostro delle infezioni negli animali, comporta un caso, se i sostenitori dell'uso razionale non Un'enorme quantità di dati mostra co- ci, Judith E. Bouma e Richard E. Lenski, ni che codificano per altri caratteri utili, laboratorio, e Bruce Demple, di Harvard. piccolo profitto per gli allevatori, e pro- terranno in considerazione l'interesse del- me l'uso massiccio degli antibiotici abbia dell'Università della California a Irvine, come avviene quando molti geni diffe- Valutare quanto sia difficile perdere la fitti enormi per le case farmaceutiche. Se- l'industria, si troveranno sempre a com- creato la pressione selettiva che ha con- hanno dimostrato che, in assenza di anti- renti sono recati sullo stesso plasmide; la resistenza è importante per definire la rea- condo la Food and Drug Administration battere in una posizione di svantaggio. dotto all'emergere e al rapido diffondersi biotici, i plasmidi della resistenza e i loro pressione selettiva che favorisce uno dei le portata dei programmi che incoraggia- (FDA), negli Stati Uniti viene usata in zoo- In molti paesi in via di sviluppo non vi della resistenza tra i batteri. Comunque è ospiti batterici co-evolvono in modo che, caratteri seleziona anche altri caratteri no l'uso razionale degli antibiotici. Natu- tecnia una quantità di antibiotici pari a 10 è necessità della ricetta medica per acqui- anche chiaro che, una volta che la resi- dopo molte generazioni, crescono meglio prossimi a questo. La resistenza ai disin- ralmente, dobbiamo favorire questa politi- volte quella impiegata per curare le infe- stare antibiotici. A Città del Messico, per stenza si sia stabilita in una popolazio- rispetto a un ceppo che difetti del plasmi- fettanti e ad altri composti tossici è spesso ca per impedire l'emergere di più geni del- zioni umane. Ma è stato ben documentato esempio, circa il 30 per cento degli anti- ne batterica, non scomparirà facilmente. de o a un ceppo con una nuova associa- legata ai geni della resistenza agli antibio- la resistenza e di organismi più resistenti. che l'uso degli antibiotici conduce alla re- biotici venduti in farmacia è acquistato Questo fatto è stato una sorpresa per mol- zione tra plasmide e ospite. Dan Anders- tici; pertanto tali composti possono sele- Ma l'uso razionale non potrà eliminare i sistenza da parte dei batteri che infettano senza ricetta. Ma la proibizione della venti ricercatori, dal momento che essi ritene- son e il suo gruppo, dell'Istituto svedese zionare batteri resistenti agli antibiotici. ceppi già resistenti. gli animali, e questi microrganismi resi- dita libera non è semplice: una parte della vano che i geni della resistenza rappresen- per il controllo delle malattie infettive e Inoltre, alcuni geni conferiscono protezio- Il mio laboratorio ha studiato un e- stenti possono essere trasmessi all'uomo popolazione non può rivolgersi a un me- tassero per i batteri un costo troppo alto dell'Università di Uppsala, hanno dimo- ne non solo rispetto agli antibiotici, ma sempio interessante di questo paradosso. attraverso il cibo. 11 Preservation of Anti- dico, e l'auto-prescrizione può essere il so- da sostenere in assenza degli antibiotici. strato che mutazioni addizionali posso- anche rispetto ad altri tipi di stress am- L'embargo commerciale contro Cuba, in biotics for Human Treatment Act del 2002 lo modo di avere accesso ai farmaci. È dif- Può essere però che questo impegno non no compensare qualunque costo imposto bientale. Per esempio, anche un inquinan- concomitanza con la caduta del sociali- è stato presentato al Congresso degli Stati ficile determinare quanto sia grande l'im- sia poi così gravoso, oppure che i geni dalle mutazioni che conferiscono la resi- te atmosferico come l'ozono può selezio- smo nell'Europa orientale, ha reso gli anti- Uniti, e la FDA ha emanato una risoluzio- patto dell'auto-prescrizione sull'incremen- della resistenza vengano mantenuti at- stenza, senza comprometterla. nare batteri resistenti agli antibiotici, co- biotici, e in particolar modo quelli più re- ne che mira a limitare l'uso degli antibiotici come additivi di routine al cibo e al- Vecchio modo di sviluppare antibiotici Nuovi modi di sviluppare antibiotici l'acqua degli animali. Anche i maggiori o produttori di pollame ne stanno riducendo O ° Sequenza Sequenza l'uso negli animali sani, dato che le grandi (1411rEstratti grezzi C) o O genomica genomica catene di fast-food si sono dette intenzio- ny Dr, nnnnui i h I e miscele Batteri del patogeno del produttore nate a non acquistare più pollame alleva- chimiche di antibiotico to con notevoli apporti di antibiotici. Sot- 3TV. UNW I HiS siORE CAN NOW SERVICE C7g3 to questo aspetto, gli Stati Uniti sono in- Ingegneria THE PUBLIC THROUGH THE dietro rispetto all'Europa: lo scorso anno genetica MEDICAL PROFESSION la Corte europea di prima istanza ha ac- VIITH PENICILLI .*.e. *•*•*.*•*•* Oir.d rtenor-t degli enzimi colto la decisione del 1998 del Consiglio ginni dell'Unione Europea di bandire l'uso di un gran numero di antibiotici nell'alimenta- Chimica zione animale. La microschiera Confronti (combinatoria Inibizione rivela i geni di database Questi progressi sono stati realizzati a o crescita? critici per e predizioni o t dispetto della sproporzione tra le risorse I ' infezione di struttura o cco finanziarie e umane dedicate all'uso razio- o la virulenza proteica Librerie nale degli antibiotici e quelle investite dal- chimiche le case farmaceutiche per vendere più far- -o S5'9, maci. Non si tratta di mettere sotto accusa l'industria: lo sviluppo di nuovi antibiotici 6 ha costi enormi ed è normale che le case (t.3) farmaceutiche tendano a venderne il più ( Bersagli potenziali - Farmaci potenziali possibile per garantirsi margini di profitto. Inoltre, incalzate dalle scadenze relative tr,CI" é alla durata della validità dei brevetti (una QUANDO VENNE MESSA IN COMMERCIO, LA PENICILLINA fu salutata come il farmaco delle meraviglie. 60.00'' y vvreeo slett aivt osec nnadedelulratei ,ri ilac ncecorhmceap )a,o llstertio cp asoessens zofaan roamv paercroeed uiuntri--- Qraenusneisis tsteaen sptsi.oa Mpnotoalalt,ri iedtà ea gcnolci nhadenu tmisbsiooeltt iiac « iu ndnui osuuvsioo» upasinùot icbsociomotniucsni iedn eohrnaa ntsono one o,a bvaeultntro op orcerhisgetio nf,oe ar mtlrloae sglevliig laugnpenprimo q edunia ctreea pnmptaoi dei fgiclaite Manipoclahzimioincae \coma ò deIasltloteilv amemoelnetcoole Inibizione ,AG30,0030200001300:0340000.000r0 0.C0 001)000 0e.,0 030900 00re000 0r0o0000 del bersaglio? E000o o oo o opp che incoraggiano in tutti i modi l'uso cli- di quelli originali. In questa fotografia, risalente al 1945, un farmacista espone in vetrina un cartello F0o0o000000po (,O 000000 nico, e non, degli antibiotici. che pubblicizza la disponibilità di penicillina. u 000000°090 oe Gli sforzi mirati a promuovere un uso fConvalida razionale degli antibiotici si basano per lo to della resistenza agli antibiotici, e pesare L'AUTORE I del bersaglio più su attività accademiche, come confe- questo rischio in confronto a quello di li- renze e pubblicazioni, ma queste devono mitare l'accesso agli antibiotici a chi non CARLOSAMABILE-CUEVAS ha consegui- competere con la pubblicità e altre strate- gode di un'assistenza medica formale. to il dottorato presso il Centro di ricer- Stabile? Non tossico Stabile? Non tossico gie aggressive, volte a indurre i medici a Inoltre, l'auto-prescrizione è praticata an- ca e studi avanzati di Città del Messi- per i mammiferi? per i mammiferi? prescrivere ogni tipo di antibiotico. Perché che in paesi sviluppati: un recente rappor- co. Nel 1978 ha creato la Fundación ima strategia globale di riduzione dell'uso to di Brandon Goff e collaboratori, della LUSARA, un'istituzione di ricerca dedi- DOPO LA SCOPERTA FORTUITA DELLA PENICILLINA, per oltre mezzo secolo delle sequenze genomiche dei patogeni e di quelle dei produttori naturali degli antibiotici possa funzionare, è ne- Clinica del Pentagono a Washington, D. cata allo studio della resistenza agli la ricerca di nuovi antibiotici ha comportato la sperimentazione di estratti di antibiotici consente ai ricercatori di identificare i bersagli dei farmaci cessario coinvolgere le case produttrici. I C., ha evidenziato che i militari spesso ac- antibiotici e ai problemi di biologia mo- grezzi per osservarne la capacità di inibire la crescita batterica (a candidati: per esempio proteine che sono di importanza critica ricercatori devono dimostrare che il rapi- quistano e usano antibiotici presi dagli lecolare a essa correlati. Indirizzo: Fun- sinistra). Gli estratti che sembravano in qualche modo promettenti per la virulenza. La bioingegneria degli enzimi e la chimica combinatoria do emergere della resistenza non lascia scaffali dei farmaci dei negozi per anima- dación LUSARA, Apartado Postai 102- venivano ulteriormente analizzati per isolare il principio attivo. Si permettono la sintesi di grandi librerie chimiche di farmaci potenziali. presagire nulla di buono per il business. li, che vendono liberamente molti antibio- 006, Mexico City, 08930, Mexico. apportavano poi modificazioni chimiche venivano per migliorare le Migliaia di composti possono essere analizzati in poche ore per valutare Alcuni hanno suggerito che un'estensione tici come eritromicina, kanamicina, peni- Internet: www.lusara.org; molecole attive, per esempio aumentandone la stabilità o riducendone la la loro capacità di inibire specifici bersagli. Per quanto potenti possano della durata dei brevetti darebbe alle case cillina, ampicillina, tetraciclina, vari sulfa- e-mail: [email protected] tossicità per gli animali da esperimento. Le nuove tecnologie consentono essere questi nuovi approcci, tutti gli antibiotici attualmente in uso sono farmaceutiche più tempo per vendere i lo- midici e quant'altro. una strategia più diretta per la scoperta dei farmaci (a destra). L'analisi stati creati con la vecchia metodica. 56 5? LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it centi, quasi introvabili sull'isola. L'uso dei sua comparsa un nuovo approccio alla mo determinati ad annientarla. E insistia- I miei colleghi e io abbiamo intrapreso smide-batterio, ma anche un farmaco a biotici somministrati su prescrizione me- farmaci è stato messo sotto stretto con- scoperta dei farmaci: la progettazione chi- mo anche quando lo sforzo si rivela vano, un'altra strada, ricercando composti che spettro stretto potrebbe rivelarsi prezioso dica non sono necessari. Questo dipende trollo fin dal 1990. Gli scienziati cubani mica. Finalmente, database contenenti la come facciamo quando addizioniamo di- aggirino la resistenza. Neppure questa è nel trattamento di pazienti in condizioni da un residuo della nozione - profonda- riferiscono che la resistenza agli antibioti- struttura chimica di farmaci conosciuti e sinfettanti ai prodotti per la pulizia. Una un'idea nuova: l'acido clavulanico e il sul- critiche. Inoltre, dal momento che alcuni mente erronea - secondo cui gli antibiotici tra i batteri patogeni è in diminuzione. informazioni sulla loro attività biologica strada alternativa potrebbe essere quella bactam sono stati usati con successo per determinanti della virulenza risiedono ci sono farmaci che, quando non fanno Ma i miei colleghi Javier Díaz-Mejía e A- potevano essere usati per progettare nuo- di inibire la virulenza, anziché sterminare alcuni anni per inibire gli enzimi che i esclusivamente su plasmidi, condizionare bene, di sicuro non fanno male. Forse a li- lejandro Carbajal-Saucedo hanno riscon- ve molecole. Queste sostanze venivano i germi. È una vecchia idea, ma nuove batteri resistenti usano per distruggere alla loro espressione o stabilità potrebbe da- vello di singolo paziente questo può esse- trato che il grado di resistenza tra i batteri sintetizzate in laboratorio, e quindi speri- tecnologie, come la tipizzazione di micro- cuni antibiotici. Un'idea per combattere la re grandi benefici. Per esempio, la diffe- re vero, dato che la maggior parte degli innocui presenti nel cavo orale dei cubani mentate per osservare se la loro attività schiera (microarrow), la stanno rendendo resistenza agli antibiotici è stata quella di renza principale fra il pericoloso Bacillus antibiotici ha pochi effetti collaterali, ma è circa uguale a quello trovato nel cavo biologica corrispondesse a quella prevista. più fattibile. Negli anni settanta, i compo- prendere a bersaglio i plasmidi che con- anthracis, l'agente eziologico del carbon- da un punto di vista generale l'abuso di orale dei messicani, anche se gli antibioti- Per quanto questa possa sembrare una ri- sti che potevano inibire l'adesione di bat- tengono i geni della resistenza. Sulla base chio, e il quasi innocuo Bacillus cereus, un antibiotici è pericoloso e anche costoso. Le ci sono venduti senza ricetta in Messico e cerca più diretta, l'incorporazione di dati teri virulenti a un tessuto, ritenuta il primo di vecchi rapporti secondo cui l'acido a- batterio del suolo, è un plasmide della vi- conseguenze della resistenza agli antibio- sono ampiamente usati in zootecnia. addizionai, come il comportamento far- passo dell'infezione, diedero risultati con- scorbico (la comune vitamina C) può sop- rulenza. Questo plasmide potrebbe essere tici sono stimate tra i 4 e i 5 miliardi di Dato che i batteri benigni spesso fun- macologico e la tossicità di composti noti, troversi. Le nuove tecnologie possono in- primere la replicazione dei virus batterici un bersaglio straordinario per la ricerca. dollari all'anno nei soli Stati Uniti, secon- gono da serbatoi di geni della resistenza, rendeva tale via assai impervia. dividuare geni specifici che vengono atti- noti come batteriofagi e sapendo che il do la FDA. Molti medici prescrivono anche possono essere trasferiti a batteri vini- Oggi, via via che si rendono disponibili vati durante l'infezione, e che sono essen- DNA dei batteriofagi è simile a quello dei tibiotici con la filosofia del «casomai do- L'educazione del personale lenti, è stato sorprendente trovare queste le sequenze genomiche di un numero ziali per un'infezione successiva. I prodot- plasmidi, abbiamo verificato l'attività an- vesse servire», per esempio consigliando alte frequenze di resistenza dopo dieci an- sempre maggiore di batteri patogeni, sta ti di questi geni sono bersagli ideali per i ti-plasmide dell'acido ascorbico, con buo- Insieme a un uso più regolato degli an- antibiotici «preventivi» per la diarrea del ni di severa riduzione dell'uso di antibioti- cominciando a diventare possibile un al- nuovi farmaci anti-infezione. Questi far- ni risultati. Cercando composti dotati di tibiotici e alla ricerca di nuovi farmaci e viaggiatore. In molti ospedali, cefalospori- ci a Cuba. Questo e molti altri rapporti, in- tro tipo di approccio. Per diventare poten- maci potrebbero avere importanti vantag- un'attività simile, abbiamo trovato diversi di nuove strategie per combattere le infe- ne della terza generazione sono usate in dica che la resistenza scompare raramen- ziali bersagli di un farmaco, queste se- gi rispetto agli attuali antibiotici. Dato che candidati. Questa strategia potrebbe essere zioni, è necessario migliorare l'educazione modo massiccio anche quando l'esistenza te, e che tutto ciò che ci possiamo attende- quenze devono essere essenziali per la so- non uccidono i batteri, la selezione di cep- utile solo per alcune combinazioni pla- del personale sanitario. Metà degli anti- di infezioni non è ancora stata stabilita. re da politiche di uso razionale degli anti- pravvivenza del batterio o per la sua vini- pi resistenti potrebbe essere molto più len- Molti di questi interventi sono di efficacia biotici è un rallentamento nell'emergere di lenza e, al tempo stesso, devono essere as- ta. Inoltre, essi agirebbero solo sui batteri dubbia, e certamente creano una pressio- nuovi meccanismi di resistenza, ma non senti nei genomi degli esseri umani e di virulenti, diminuendo il rischio di selezione supplementare che favorisce l'emergere un'inversione della tendenza e neppure altri mammiferi Nuovi metodi computa- nare resistenza nella flora normale che, a di batteri resistenti. una soluzione al problema. L'uso raziona- zionali stanno inoltre aiutando a dedurre sua volta, potrebbe poi trasferire quei geni Medici e studenti di medicina spesso le di farmaci vecchi e nuovi ha un'impor- la funzione delle proteine dalla sequenza a germi patogeni. non si rendono pienamente conto della tanza vitale, ma deve essere considerato genomica che codifica per esse. I bersagli Nonostante le promesse di questo ap- complessità dell'evoluzione e della sele- nel quadro di una strategia più vasta. così selezionati richiedono una convalida proccio, resta arduo determinare quali ge- zione naturale. È comprensibile, dato che in laboratorio, e quindi deve essere svilup- ni costituiscano bersagli idonei, per tacere hanno a che fare con centinaia di organi, pato un saggio facile e controllato per ese- della progettazione di test clinici atti a va- malattie, farmaci e procedure. Ma, per e- La ricerca di nuovi farmaci guire screening in cerca di composti che lutare l'efficacia di questi farmaci. I geni ducare il personale sanitario a un uso ra- Fino a tempi recenti, la ricerca di nuo- inibiscano l'attività specifica della protei- della virulenza sono spesso disattivati in zionale degli antibiotici, occorre insegnare vi antibiotici veniva condotta impiegando na. I composti candidati possono essere normali condizioni di laboratorio. Inoltre, loro le basi della resistenza da un punto di strategie vecchie di quarant'anni compo- modificati per migliorarne la penetrazione l'inibizione della virulenza potrebbe essere vista evolutivo. Idealmente, tale educazio- sti derivati da diverse fonti (dagli estratti e la stabilità, o per diminuirne l'eventuale un modo per prevenire un'infezione, ma ne dovrebbe essere efficace almeno quan- grezzi di piante, animali e batteri a mole- tossicità. La ricerca può essere diretta ver- non per avere la meglio su un patogeno to le campagne pubblicitarie delle case cole sintetiche) venivano vagliati per os- so agenti ad ampio spettro, trovando ber- già insediato. Perché queste strategie pos- farmaceutiche. servarne la capacità di inibire la crescita di sagli condivisi da molte specie batteriche, sano funzionare, occorre risolvere un gran La mia collega Isabel Nivón-Bolan ha microrganismi selezionati. I composti che oppure verso agenti a spettro stretto, cer- numero di problemi. La sperimentazione PER COMBATTERE LA RESISTENZAAI FARMACI si trattano i batteri in modo che perdano i plasmidi che inventato un gioco che spiega in che mo- mostravano qualche potenzialità veniva- cando bersagli che si trovino in pochi or- clinica dell'efficacia di questi farmaci non recano i geni per la resistenza. Dapprima, un ceppo che reca il plasmide può essere trattato con una do i geni della resistenza siano acquisiti o no ulteriormente analizzati per isolare il ganismi. I progressi nella miniaturizzazio- letali per i batteri richiederà tecniche com- sostanza in grado di eliminare il plasmide. Poi, le colonie batteriche sono copiate su placche senza attivati e come gli antibiotici e altri agenti principio attivo e per determinare la stabi- ne e nella robotica consentono di effettua- pletamente nuove, dato che non sarà pos- (a sinistra) e con fa destra) un antibiotico. Mentre tutte le colonie crescono sulla piastra priva di possano favorire l'insorgere di organismi lità e tossicità di quest'ultimo. Le molecole re screening di migliaia di sostanze in po- sibile osservare semplicemente se il batte- antibiotico, solo alcune crescono in presenza del farmaco. Qui si è sperimentato l'uso di vitamina C resistenti. Questo gioco non richiede una promettenti venivano quindi sottoposte a chi giorni o addirittura poche ore usando rio si moltiplica oppure no. I farmaci che contro Staphylococcus aureus; due terzi delle cellule hanno perso il plasmide della resistenza. conoscenza preventiva dei batteri, delle sperimentazioni pre-cliniche e infine cli- piccole quantità di composti sperimentali. inibiscono solo la virulenza richiederanno infezioni o degli antibiotici, ed è davvero niche. Il meccanismo d'azione e altri det- La chimica combinatoria, poi, può molti- test più difficili da allestire e più costosi. BIBLIOGRAFIA divertente, oltre che illuminante Approcci tagli delle interazioni con i batteri e con plicare rapidamente il numero di farmaci Inoltre, poiché gli inibitori della virulen- come questi possono trasformare l'atteg- l'organismo umano venivano spesso sco- candidati. Alcuni nuovi antibatterici, che za avranno presumibilmente uno spettro AMABILE-CUEVAS C. F. e CHICUREL M. E.,A Possible Rale for Plasmids in Mediating the Celi-celi giamento sia dei medici sia dei profani nei perti solo dopo l'entrata in uso del farma- sono stati individuati anche grazie a que- stretto, andando ad agire su pochi organi- Proximity Requiredfor Gene Flux, «Journal of Theoretical Biology»,181, pp. 237-243,1996. confronti degli antibiotici. co. Questa strategia, indubbiamente vin- ste strategie, stanno per essere sottoposti smi affini, sarà necessario migliorare i me- BJORKMAN J., NAGAEV I., BERG 0. G., HUGHES D. e ANDERSSON D. I., Effects of Environment Dobbiamo prendere atto che la guerra cente sotto molti aspetti, lasciava in om- a sperimentazione clinica; inibitori delle todi per diagnosticare il tipo di infezione on Compensatory Mutations to Ameliorate Costs of Antibiotic Resistance,«Science», 287, contro i batteri, come è stata concepita fi- bra importanti candidati che si rivelava- deformilasi - essenziali per la vita della in un paziente, compito che oggi richiede pp. 1479-1482,2000. ni a oggi, è ormai persa. Bisogna passare a no instabili o tossici, o semplicemente maggior parte dei batteri, ma assenti o spesso un paio di giorni. HEINEMANN J. A., ANKENBAUER e AMABILE-CUEVAS C. F., Do Antibiotics Maintain Antibiotic un'era post-antibiotica. E, per farlo, dob- non penetravano fino al proprio bersaglio non vitali per gli esseri umani - sono in Gli sforzi di sequenziamento del geno- Resistance?«Drug Discovery Today», 5, pp. 195-204, 2000. biamo correggere il nostro atteggiamento nelle cellule batteriche. Questi problemi a- fase di studio alla Versicolor e alla British ma possono anche alimentare la ricerca di ALKSN E L E. E PROJAN S. J., Bacterial Virulence usa Target for Antimicrobial Chemothe- contro questi organismi - molto più vec- vrebbero potuto essere risolti con qualche Biotech, mentre la ACP-riduttasi, coinvol- vaccini. La prevenzione delle malattie in- rapy, «Current Opinion in Biotechnology», 11, pp. 625-636, 2000. chi e molto più numerosi di noi - con cui manipolazione chimica Inoltre, venivano ta nella sintesi degli acidi grassi batterici, è fettive è spesso la strategia migliore. 11 BARLOW M. e HALL B. G., Phylogenetic Analysis Shows that the OXA 13-lactamase Genes Ha- ci troviamo a condividere il pianeta. Oggi rilevati solo i composti che uccidevano o un bersaglio preso in considerazione dalla sequenziamento del genoma di Neisseria ve Been on Plasmids for Millions of Years, «Journal of Molecular Evolution», 55, pp. 314- sappiamo quanto siano duri i batteri come inibivano completamente la crescita dei Glaxo-SmithKline. meningitidis, il batterio che causa la me- 321, 2002. nemici, ma abbiamo anche nuovi dati sui batteri; questo screening avrebbe mancato Forse però dovremmo riconsiderare il ningite, ha permesso nel 2000 l'identifica- DRENKARD E. e AUSUBEL F. M., Pseudomonas Biofilm Formation and Antibiotic Resistance loro meccanismi molecolari che possiamo di evidenziare i composti in grado di limi- modo con cui combattiamo le infezioni. zione di candidati per un vaccino contro Are Linked to PhenotypicVariation,«Nature», 416, pp. 740-743, 2002. usare per tenerli a bada. Auguriamoci che tare la capacità di nuocere di un batterio Come in altri aspetti del nostro comporta- questo microrganismo. Per quanto il vac- AMABILE-CUEVAS C. F. (a cura), Multiple Drug Resistant Bacteria, Horizon Scientific Press, tutti - pazienti, medici, ricercatori e case virulento senza danneggiarlo. mento sociale, identifichiamo ogni creatu- cino debba ancora essere sviluppato, l'ap- Norfolk, UK, in stampa. farmaceutiche - imparino in fretta la le- Da una quindicina di anni ha fatto la ra nociva come un nemico mortale e sia- proccio sembra molto promettente. zione di questa battaglia perduta. 58 LE SCIENZE 422 / ottobre 2003 www.lescienze.it 59