Batteri intestinali: Una nuova ricerca degli scienziati dell’UC Davis Health fornisce indizi su come i batteri amici nell’intestino, i probiotici, possono aiutare a sradicare agenti patogeni batterici come la Salmonella competendo con loro per le risorse necessarie.
Lo studio, pubblicato oggi su Cell Host & Microbe , mostra che la disponibilità dei nutrienti necessari da sola non definisce dove i batteri, compresi gli agenti patogeni come la Salmonella, possono sopravvivere e prosperare nell’intestino.
“Queste intuizioni forniscono una migliore comprensione delle basi nutrizionali della colonizzazione intestinale e possono aiutare a informare gli sforzi per sviluppare probiotici per combattere le infezioni”, ha affermato Megan Liou, Ph.D. candidato al Bäumler Lab della UC Davis e primo autore dello studio.
Gli esseri umani sono limitati a utilizzare l’ossigeno, l’aria che respiriamo, per generare energia. I microbi, tuttavia, hanno sviluppato meccanismi energetici in grado di “respirare” diversi composti ed elementi, come i nitrati. Questi meccanismi consentono ai microbi di sopravvivere in molti ambienti diversi .
Nello studio, i ricercatori hanno esaminato un ceppo batterico amico, il ceppo di Escherichia coli Nissle 1917 ( E. coli ) e la Salmonella , un ceppo batterico nocivo che può causare malattie gastrointestinali negli esseri umani e negli animali. (Alcuni ceppi di E. Coli possono causare malattie , ma la maggior parte sono innocui.)
Batteri intestinali: i microbi usano i nitrati per produrre energia
Il nitrato è meglio conosciuto come conservante alimentare, ma è anche una risorsa importante per i microbi intestinali. Il nitrato dalle fonti di cibo viene assorbito nell’intestino tenue. Il nitrato è anche disponibile nell’intestino come sottoprodotto dei processi metabolici quotidiani. In genere è a livelli molto bassi ma aumenta durante l’infiammazione.
Entrambi i ceppi batterici nell’intestino utilizzano i nitrati per produrre energia. Ma i ricercatori hanno scoperto che la Salmonella può utilizzare solo nitrati generati dai fagociti, un tipo specifico di cellule immunitarie che il corpo invia per riparare i tessuti feriti o infetti.
L’ E. coli utilizza nitrati generati da entrambe le cellule intestinali – tessuto epiteliale – e fagociti, il che significa che può competere con la Salmonella per la sua fonte di energia.
Liou ha confrontato queste diverse fonti di nitrati con diversi “ristoranti” dove i microbi possono ottenere le risorse di cui hanno bisogno per crescere.
“La capacità di E. coli Nissle di cenare in ‘ristoranti’ generati dai fagociti e competere con l’agente patogeno per le risorse era essenziale affinché il probiotico conferisse protezione contro la Salmonella “, ha affermato Liou.
Quando i ricercatori hanno infettato i topi con Salmonella , ha innescato l’attesa infiammazione nell’intestino, con il risultato che le cellule immunitarie, i fagociti, sono state portate nel lume intestinale, lo strato che riveste l’intestino. La Salmonella è riuscita a trovare una nicchia nel rivestimento dell’intestino ricco di fagociti e ha utilizzato esclusivamente i nitrati generati da queste cellule immunitarie .
I sensori limitano dove la Salmonella può ottenere risorse nell’intestino
Un aspetto sconcertante della competizione tra il probiotico E. coli e la Salmonella che induce la malattia era il motivo per cui la Salmonella non utilizzava i nitrati prodotti dal tessuto intestinale sano. Perché utilizzava esclusivamente nitrati prodotti dal tessuto della risposta immunitaria, limitando il numero di posti in cui poteva “cenare”?
I ricercatori hanno trovato la risposta nei sensori di Salmonella che consentono ai batteri di annusare l’ambiente circostante e spostarsi verso un ambiente più favorevole, noto come recettori della chemiotassi. Hanno guidato l’agente patogeno lontano dal nitrato di derivazione epiteliale e verso le cellule dei fagociti infiammatori.
In sostanza, la Salmonella non aveva un meccanismo di rilevamento che la guidasse verso il tessuto epiteliale sano, anche se quel tessuto creava anche nitrati. Il probiotico E. coli è privo di recettori per la chemiotassi, il che gli consente di occupare entrambe le nicchie e di competere contro il patogeno nell’ambiente preferito di quest’ultimo.
“Esplorando i ‘ristoranti’ all’interno del colon, la nostra ricerca identifica le proprietà dei probiotici che ci proteggono dalle infezioni”, ha affermato Andreas Bäumler, autore senior dello studio. Bäumler è vicepresidente della ricerca e professore presso il Dipartimento di microbiologia medica e immunologia presso la UC Davis School of Medicine. “Queste intuizioni forniscono una migliore comprensione delle basi nutrizionali della colonizzazione intestinale e possono aiutare a informare gli sforzi per sviluppare probiotici per combattere le infezioni”.
