Come agiscono gli antibiotici

Gli antibiotici agiscono essenzialmente influenzando la crescita batterica con azione più o meno mirata (antibiotici ad ampio spettro) attraverso meccanismi batteriostatici (inibizione della crescita) o battericidi (uccisione del batterio). A seconda della loro origine si differenziano in antibiotici naturali (metaboliti bioattivi), semisintetici o sintetici.

A livello intestinale, gli antibiotici possono avere un effetto importante sul microbiota intestinale: riducono sensibilmente la presenza di diverse classi di batteri commensali, oltre naturalmente ad aumentare la presenza di patogeni, causando un’alterazione definita “disbiosi(Fig. 1).

Guarda l’intervista al Prof. Lorenzo Morelli: “Antibiotici: quando e come assumere i probiotici”

Il microbiota intestinale è un complesso ecosistema di microrganismi (soprattutto batteri, ma anche funghi e virus) che, interagendo tra loro e con l’ospite, ne influenza la salute generale. Fondamentale è infatti il suo ruolo per esempio nel processo digestivo (delle fibre in primis), nella regolazione immunitaria o della risposta infiammatoria. Mantenerne l’equilibrio fisiologico e, di riflesso, la funzionalità del microbiota è quindi sinonimo di benessere.

La somministrazione di agenti antibatterici ha di contro dimostrato non soltanto di alterare l’espressione dei ceppi commensali, ma anche di ridurne la diversità creando la cosiddetta “disbiosi”. Tra i phyla più colpiti troviamo Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes e Proteobacteria (generi Bifidobacterium, Bacteroides, Faecalibacterium ed Escherichia) (Fig. 2).

Questa alterazione di quantità e composizione delle specie commensali come conseguenza della terapia antibiotica può essere associata alla comparsa dei classici effetti collaterali osservabili durante la terapia antibiotica a livello intestinale come diarrea, nausea e crampi addominali.

Come si manifesta la disbiosi

L’alterazione del microbiota intestinale indotta dagli antibiotici, come riportato nelle RCP di questi farmaci, si manifesta generalmente con i seguenti sintomi a livello gastrointestinale:

  • diarrea
  • nausea
  • dolore addominale
  • crampi
  • meteorismo.

Tra tutti, la diarrea è forse l’effetto collaterale clinico più comune, soprattutto se gli antibiotici sono utilizzati per un lungo periodo e a dosi e/o frequenza elevate. Può riguardare fino al 30% dei pazienti (range variabile a seconda dei criteri diagnostici) durante il trattamento e/o fino a 4-8 settimane nei casi più gravi o in soggetti fragili (anziani o immunocompromessi). Nonostante quasi tutti gli antibiotici possano provocarla, risulta più frequente per quelli ad ampio spettro o specifici su batteri anaerobi.

Tra quelli a maggior rischio troviamo le amminopenicilline (come amoxicillina) assunte in mono-somministrazione o in combinazione con acido clavulanico, cefalosporine di seconda e terza generazione o clindamicina (in particolare se in dosaggio medio-elevato). Di contro, chinoloni, amminoglicosidi e cotrimossazolo hanno registrato la minor incidenza di diarrea post-trattamento.1,2

Perché la diarrea?

La diarrea da antibiotici è il risultato della marcata compromissione del microbiota provocata dagli antibiotici. In seguito a questo squilibrio la protezione offerta dai batteri commensali viene infatti a ridursi permettendo la proliferazione di enteropatogeni, Clostridium difficile in particolare (10-30% dei casi): che rilasciando due potenti tossine pro-infiammatorie (tossina A e B) danneggiano la mucosa del colon alterando l’assorbimento dei liquidi.

Oltre alla proliferazione di enteropatogeni, la diarrea da antibiotici sembrerebbe esser legata anche alla riduzione del metabolismo dei carboidrati e degli acidi biliari nel quale il microbiota ne è attivamente coinvolto.2

Diarrea da antibiotici: come prevenirla

Considerando come il disequilibrio del microbiota intestinale è alla base della diarrea da antibiotici, ristabilirne una composizione e funzionalità fisiologica ha dimostrato essere la strategia migliore.

Oltre ad una dieta bilanciata, risultati generalmente positivi sia in termini di prevenzione sia di trattamento, sono stati registrati in seguito alla somministrazione di probiotici, ossia “microrganismi vivi non patogeni che, una volta ingeriti in quantità adeguata sono in grado di colonizzare l’intestino favorendo l’equilibrio del microbiota intestinale e quindi il benessere dell’ospite”.3

Criteri per consigliare un probiotico

Prima di scegliere un probiotico da consigliare a chi deve assumere un antibiotico è anzitutto fondamentale ricordare che “i probiotici non sono tutti uguali“. Ogni probiotico è dotato infatti di un effetto ceppo-specifico che non può essere esteso ad altri ceppi della stessa specie, in quanto strettamente legato alle caratteristiche metaboliche e funzionali del microrganismo contenuto.

Molti sono infatti i meccanismi attraverso i quali i probiotici ci proteggono dalla disbiosi e dalla proliferazione di potenziali patogeni.

Allineandosi e potenziando quelle che sono le normali funzionalità del nostro microbiota, modulano per esempio il sistema immunitario mediante la produzione di citochine o regolando l’attività di linfociti o macrofagi, la risposta infiammatoria, il rilascio di sostanze (batteriocine), assicurando l’integrità della barriera intestinale e il mantenimento di un ambiente favorevole alla crescita di batteri commensali. Ceppi diversi, ma appartenenti alla stessa specie, possono quindi dare effetti molto variabili, talvolta anche opposti.

Non solo. Un ceppo probiotico può presentare un profilo di antibiotico-resistenza più o meno estesa che lo protegge dall’azione di eventuali antibiotici assunti in contemporanea, ma “non trasmissibile” ad altri microrganismi (non rischia quindi di rendere inefficace la terapia nei confronti del patogeno).

Il primo aspetto da considerare nella scelta di un probiotico è la sua “resistenza”. Si parla infatti di:

  • resistenza all’ambiente gastrico, dipendente dalla sua capacità di tollerare condizioni di forte acidità (ph 1,5) che gli permette quindi di arrivare nell’intestino (sua specifica sede d’azione) vivo, vitale e in quantità adeguata;
  • resistenza all’antibiotico, deve poter sopravvivere alla terapia antibiotica per esprimere il suo beneficio.

Tra i diversi microrganismi probiotici le spore sembrerebbero avere un meccanismo di protezione (alla temperatura, all’acidità gastrica e biliare) più efficace. Ma cosa sono le spore? Sono batteri rivestiti da un guscio di protezione multistrato e resistente agli attacchi esterni. Sono naturalmente prodotte dal microorganismo stesso come mezzo di sopravvivenza in condizioni estreme (es : pH acido gastrico, ma anche elevate temperature) e, una volta entrate in contatto con adeguati nutrienti, in pochi minuti inizia il processo di re-idratazione e germinazione riattivando quindi il batterio “dormiente”.

A differenza di molti probiotici vivi infatti, oltre a notevoli vantaggi di stabilità del prodotto commerciale (essendo disidratato ha una maggiore resistenza nel tempo), la sporulazione ha dimostrato di essere una strategia molto utile nell’assicurare al probiotico il raggiungimento del target intestinale in condizioni inalterate.

È il caso per esempio del Bacillus clausii, uno dei principali produttori di spore e utilizzato come probiotico data la sua efficacia e sicurezza.

Studi preclinici hanno dimostrato che questo ceppo è in grado di resistere sia all’ambiente gastrico sia agli acidi biliari, andando incontro a germinazione nel primo tratto dell’intestino. Detti studi  indicano che questi ceppi possono incrementare, una volta giunti a contatto con l’ambiente intestinale, la loro concentrazione da alcuni miliardi a migliaia di miliardi nel giro di poche ore.4

Un altro aspetto da considerare è la “resistenza antibiotica”: contrariamente a quando ci si aspetta da un patogeno, il probiotico deve poter sopravvivere alla terapia antibiotica per poter dare il suo beneficio. Per questo è richiesta la presenza di geni coinvolti nella resistenza batterica.

L’antibiotico-resistenza da parte di batteri probiotici è di fatto la chiave del loro successo. Tuttavia, perché questo non diventi un problema non dev’essere un meccanismo trasmissibile ad altri batteri potenzialmente patogeni.

Se la resistenza del probiotico è data da una mutazione genetica interna e propria di quel batterio (modifica nel sito d’azione dell’antibiotico ad esempio) è detta intrinseca e, di fatto, non è trasferibile.

Se invece deriva dal DNA di altri batteri incorporato attraverso una ricombinazione genetica (trasferimento genico orizzontale) implica il rischio di diffusione ad altri batteri potenzialmente patogeni, con conseguente drastica riduzione della sensibilità al trattamento terapeutico con antibiotici.

Efficacia clinica dimostrata dal Bacillus clausii

Il razionale d’uso dei probiotici nel ristabilire l’equilibrio del microbiota è noto, ma sono realmente efficaci?

Tra i ceppi più studiati troviamo Bacillus clausii, indicato dall’Organizzazione Mondiale di Gastroenterologia per la prevenzione e miglioramento di diarrea associata a trattamento antibiotico negli adulti e come co-adiuvante nella terapia per l’eradicazione di H. pylori.5

Anzitutto è bene sottolineare che, a differenza della maggior parte degli altri probiotici, questo ceppo è commercializzato come un farmaco da banco (OTC) e non come integratore alimentare e quindi ha ampi studi e di conseguenza specifiche indicazione terapeutiche, che rendono il consiglio di questa tipologia di prodotto sicuro e più qualificato.

In un recente studio clinico si è dimostrato come la somministrazione di 4 miliardi/die di Bacillus clausii è in grado di ridurre sia la comparsa sia l’intensità degli effetti avversi gastrointestinali tipici della terapia antibiotica (diarrea, dolore epigastrico e nausea) durante la triplice terapia di eradicazione di Helicobacter Pylori. Tale terapia, che consiste nel trattamento con 500 mg di clarititromicina e 1 g di amoxicillina con 20mgx2 rabeprazolo al giorno, è di norma gravata da un’alta frequenza di effetti avversi a livello del sistema gastrointestinale che vengono notevolmente ridotti dall’uso del Bacillus clausii (Fig. 3).

Come agisce? Come anticipato, le spore di Bacillus clausii sono in grado di tollerare bene le condizioni acide dello stomaco (fino a 120 minuti) grazie alla loro caratteristiche di resistenza che gli permettono di arrivare inalterate in sede intestinale dove esplicano la loro funzione. La sua principale attività consiste nell’inibire la crescita di ceppi patogeni, favorendo invece quella dei batteri “buoni” attraverso la colonizzazione delle nicchie ecologiche libere, che non sono perciò più disponibili per la crescita dei batteri “cattivi”, e la produzione di sostanze in grado di ucciderli, tra cui le batteriocine, ad attività antibiotica come la “clausina”. Questa batteriocina ha uno spettro antibatterico importante che include anche Clostridium difficile, uno dei principali responsabile della diarrea.

In un altro studio condotto recentemente, oltre 130 bambini con diarrea causata dall’uso di antibiotici sono stati trattati con Bacillus clausii (2mld/die).6 Il trattamento ha dimostrato di ridurre la durata della diarrea e i sintomi intestinali ad esso associata, confermando di fatto quanto emerso dai numerosi studi condotti nelle decadi passate sul prodotto.

Nel dettaglio, gli effetti positivi di Bacillus clausii nella prevenzione e/o nel trattamento dei disturbi gastrointestinali sono da ricondurre alle sue proprietà antimicrobiche, di regolazione della crescita, differenziazione, segnalazione e adesione cellulare oltre che alla sua capacità di produrre diverse vitamine del gruppo B, in particolare la B2 e di proteggere l’intestino dagli agenti genotossici.7

Interessante è inoltre la presenza nei 4 diversi ceppi di Bacillus clausii di geni di resistenza antibiotica ad ampio raggio come penicilline, cefalosporine, aminoglicosidi e macrolidi che gli permettono di sopravvivere se co-somministrato e le sue proprietà immunomodulanti. A tal proposito è infatti stato dimostrato come la somministrazione di Bacillus clausii stimoli l’immunità mediata da linfociti Th1 e Treg promuovendo l’espressione di mediatori quali IL-12, IFN-γ, IL-10 e la sintesi di TGF-β (transforming growth factor-beta).

Di contro, è in grado di inibire la produzione di IL-4 pro-infiammatorie.8

Qual è il ruolo del farmacista?

Il Ministero della Salute delinea il ruolo del farmacista con le seguenti parole: «È fondamentale che il farmacista spieghi vantaggi e limiti, fornisca tutte le informazioni richieste dal suo ruolo, suggerendo, per quanto di competenza, le possibili applicazioni. Il farmacista ne rimarca i limiti, sottolinea le avvertenze d’uso, le eventuali controindicazioni e le possibili interazioni con le terapie in corso, facendo riferimento a dati validati dalla comunità scientifica».9

L’assunzione di probiotici è sicura e ben tollerata. Il farmacista può quindi consigliarla ogni qual volta si presenti o ritenga si possa manifestare una disbiosi intestinale.

Al momento della scelta del probiotico da consigliare è importante considerare le caratteristiche biologiche e funzionali dei ceppi contenuti, nonché il tipo di formulazione (spore, bio-incapsulazione, in soluzione ecc.).

Come regola generale però la quantità da somministrare dev’essere almeno pari al numero di cellule batteriche necessarie per colonizzare l’intestino permettendo quindi di influenzare il microbiota residente considerando 109 microrganismi vivi/die come quantità minima.10

Va tuttavia considerato come altre caratteristiche del probiotico possono giocare un ruolo centrale nell’utilizzo dello stesso in concomitanza con l’antibiotico. A fianco della resistenza ai succhi gastrici e all’ambiente intestinale, nonché alla capacità di resistere alle temperature, dobbiamo considerare le caratteristiche specifiche di antibiotico resistenza, necessarie per rendere semplice la co-somministrazione con il probiotico.

Allo stesso modo non vanno dimenticate caratteristiche specifiche della formulazione, in particolare quando si tratta di co-somministrazione nei bambini o nei soggetti politrattati. In questo caso caratteristiche organolettiche possono dimostrarsi centrali nel favorire l’accettazione del prodotto nei bambini e garantire la compliance.

Per quanto tempo?

Per esempio, nel caso di farmaci da banco a base di Bacillus clausii (4 o 6 miliardi) per gli adulti è sufficiente una somministrazione al giorno. È preferibile iniziare l’assunzione di questo probiotico in concomitanza con la terapia antibiotica e protrarla per ulteriori 7-10 giorni.


Quali caratteristiche deve avere un probiotico di qualità?

Per poter essere considerato nella categoria probiotici, secondo il Ministero della Salute italiano il microorganismo deve rispettare i seguenti criteri 10:

  • Il ceppo deve essere depositato, ossia registrato in maniera univoca, presso un ente di “collezione” in modo da poter facilmente monitorare eventuali alterazioni di quello in commercio e garantire la sicurezza del prodotto
  • Il ceppo dev’essere “noto” ossia caratterizzato a livello tassonomico (fenotipo e genotipo)
  • La quantità di cellule vive presenti nel prodotto deve essere riportata in etichetta per ogni ceppo e deve essere garantita, con le modalità di conservazione suggerite, fino al termine della shelf-life tenendo conto anche di possibili alterazioni durante le fasi di stoccaggio
  • Superare indenne l’ambiente acido gastrico e arrivare attivo e vitale a livello intestinale in quantità tale da giustificare gli effetti benefici.
  • Essere in grado di aderire alla mucosa intestinale, moltiplicarsi e colonizzarla
  • Conferire un beneficio fisiologico modulando la composizione del microbiota intestinale
  • Non essere portatore di antibiotico-resistenza acquisita e/o trasmissibile per non vanificare l’azione antibiotica contro il patogeno.
  • Sicure per l’impiego umano

Acido clavulanico e intestino

L’acido clavulanico agisce come inibitore dell’enzima β-lattamasi prodotto da determinati ceppi e responsabile dello sviluppo di resistenza ad antibiotici con struttura beta-lattamica (penicilline ad esempio). Rompendo l’anello beta-lattamico presente nella struttura di questi antibiotici, l’enzima ne compromette irreversibilmente l’attività consentendo al patogeno di sopravvivere.

Nonostante la debole attività antibatterica intrinseca lo si trova frequentemente in associazione ad altri antibiotici, amoxicillina soprattutto, conferendogli un aumento considerevole di resistenza contro numerosi ceppi produttori di beta-lattamasi. Quali sono i suoi impatti sul microbiota intestinale?

Pur con differenze interpersonali, i cambiamenti maggiori sono stati registrati a carico di Lachnospiraceae (aumento) e Bacteroidaceae (decremento) in termini di espressione e funzionalità. A questi si aggiunge un generale incremento di ceppi non identificati di Clostridiales ed Enterobacteriaceae.

I cambiamenti non sembrerebbero però limitarsi alla solo composizione quali e quantitativa. Alterazioni post-trattamento sono infatti state osservate anche in relazione al “resistoma” ossia il patrimonio di geni implicati nella resistenza antibiotica.

In seguito a terapia con amoxicillina e acido clavulanico infatti, MacPherson et al.11 ha dimostrato un incremento dei geni per la resistenza ad antibiotici beta-lattamici (oltre che per aminoglicosidi e tetracicline) nonostante la presenza nella formulazione di acido clavulanico. Le modifiche di questi geni beta-lattamici (blaCMY-1, blaCTX-M-1, blaCTX-M-12, blaDHA-1, blaSHV-1, blaSHV-37, blaTEM-1A, blaTEM-1B, e blaOX A-1) sono stati associate tutte a generi di Enterobacteriaceae tra i quali Salmonella, Escherichia, Klebsiella e Shigella. Tali alterazioni hanno visto tuttavia un ritorno allo stato fisiologico a una settimana dalla sospensione del trattamento.

Di forte interesse è l’osservazione che i geni per la resistenza ad antibiotici beta-lattamici non siano diminuiti, ma incrementati, nonostante la co-somministrazione di acido clavulanico. Tale discrepanza potrebbe trovare la sua origine nella scarsa capacità dell’acido clavulanico di raggiungere l’intestino e quindi di interessare il microbiota, suggerendo che gli effetti collaterali della combinazione siano dovuti alla sola azione dell’amoxicillina.


Bibliografia

  1. M. Ferrer, C. Méndez-García, D. Rojo, C. Barbas, A. Moya, Antibiotic use and microbiome function, Biochemical Pharmacology (2016), doi: http://dx.doi.org/10.1016/ j.bcp. 2016.09.007
  2. Barbut F. Managing antibiotic associated diarrhoea. Probiotics may help in prevention. BMJ 2002; 324:1345-1346
  3. OMS. Probiotics in food. Health and nutritional properties and guidelines for evaluation.
  4. Vecchione A et al. Compositional Quality and Potential Gastrointestinal Behavior of Probiotic Products Commercialized in Italy. Front Med 2018;5:59
  5. World Gastroenterology Organization. Guidelines on probiotics, February 2017.
  6. De Castro et al; Trop Dis Travel Med Vaccines. 2019 Jul 23;5:14
  7. Ghelardi, E., Celandroni, F., Salvetti, S., Gueye, S., Lupetti, A. and Senesi, S. (2015), Survival and persistence of Bacillus clausii in the human gastrointestinal tract following oral administration as spore‐based probiotic formulation. J Appl Microbiol, 119: 552-559. doi:10.1111/  jam.12848
  8. Ciprandi G, Tosca MA, Milanese M, et al. Cytokines evaluation in nasal lavage of allergic children after Bacillus clausii administration: a pilot study. Ped Allergy Immunol. 2004;15:148–51
  9. Ministero della Salute, Linee di indirizzo sugli strumenti per concorrere a ridurre gli errori in terapia farmacologica nell’ambito dei servizi assistenziali erogati dalle Farmacie di comunità, Maggio 2014. Disponibile online all’indirizzo: www.salute.gov.it/imgs/C_17_ pubblicazioni_2189_allegato.pdf
  10. Ministero della Salute. Linee Guida Probiotici e Prebiotici, 2005. Revisione Marzo 2018
  11. MacPherson et al. Gut Bacterial Microbiota and its Resistome Rapidly Recover to Basal State Levels after Short-term Amoxicillin-Clavulanic Acid Treatment in Healthy Adults. Sci Rep 8, 11192 (2018). https:// doi.org/10.1038/s41598-018-29229-5
  12. Catherine A Lozupone, Jesse I. Stombaugh, Jeffrey I. Gordon, Janet K. Jansson & Rob Knight. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature, vol 489, 220-230 (11/2012), doi:10.1038/nature11550