L’indolo intestinale, che conferisce alle feci il caratteristico odore, è un sottoprodotto del metabolismo del triptofano. Diverse ricerche ne hanno evidenziato la capacità di sopprimere l’attività di virus e batteri, anche ad alte concentrazioni. Tuttavia, non è chiaro se sia sufficiente a proteggere l’organismo dall’attacco di patogeni.
Ora uno studio della Washington State University ha testato l’efficacia dell’indolo contro agenti infettivi comuni, come Salmonella ed Escherichia coli, analizzando in che modo tali patogeni si orientano tra la varietà di segnali chimici opposti presenti nelle feci, fonte principale sia di indolo sia di nutrienti. I ricercatori, guidati da Kailie Franco, hanno scoperto che entrambi sono attratti da questo composto, che possono usare per migrare in regioni dove la competizione è meno forte e i nutrienti sono abbondanti. La ricerca è stata pubblicata di recente su eLife.
Il Tsr media l’attrazione fecale di Salmonella
I ricercatori hanno utilizzato un modello di espianto di colon (suino), dove il triptofano è stato già digerito e l’indolo è abbondante. Il tessuto è stato disinfettato con gentamicina, che uccide i batteri extracellulari e attaccati alla superficie, poi immerso in diverse soluzioni effettrici per un’ora: feci umane solubilizzate, indolo e/o L-serina purificati a concentrazioni fisiologiche e soluzione tampone come controllo. In seguito, il tessuto è stato co-infettato con Salmonella typhimurium IR715 – che per un’azione efficiente richiede la presenza del chemocettore Tsr , che a sua volta media le risposte sia ai chemiorepellenti sia al chemioattrattivo L-serina – e un mutante mobile cheY (non responsivo agli stimoli chemioeffettori) o un mutante con delezione del Tsr (Δtsr). Nel tessuto di controllo, nel caso dei trattamenti fecali o con sola L-serina, S. typhimurium IR715 ha riportato un’efficacia nella colonizzazione e nell’invasione cellulare dipendente dal tempo. In presenza di solo indolo, il ceppo perde questo vantaggio competitivo, ma è comunque attratto dal microbiota fecale. Nel test di iniezione chemosensoriale (CIRA), che permette di effettuare l’imaging in tempo reale delle risposte chemiotattiche batteriche a una fonte di effettori, S. typhimurium IR715 ha mostrato una risposta quattro volte superiore rispetto ai mutanti cheY e Δtsr, con la distribuzione batterica massima in prossimità della fonte di trattamento.
La funzione del Tsr nelle specie associate a infezioni umane
Il Tsr è coinvolto anche nell’attrazione fecale di diversi taxa appartenenti alla famiglia delle Enterobacteriaceae associate a infezioni umane. Infatti, nessuno dei ceppi testati ha mostrato chemiorepulsione da feci ricche di indolo. Escherichia coli MG1655 – utilizzato negli esperimenti in vitro – ed E. coli NCTC9001 – responsabile delle infezioni del tratto urinario – hanno riportato una risposta più efficace rispetto ai ceppi di Salmonella responsabili delle infezioni umane (S. typhimurium, un suo isolato clinico, S. newport e S. enteritidis). Un effetto simile è stato osservato anche nell’isolato clinico Enterobacter cloacae CDC 442-68, sebbene non fosse stato ampiamente testato a causa della motilità limitata in condizioni di laboratorio.
La L-serina annulla la chemio repulsione dell’indolo
I ricercatori hanno cercato di comprendere meglio il ruolo della relazione tra l’indolo e chemioattrattori nella chemiotassi di S. typhimurium IR715, testando miscele a base di indolo (862 µM) e L-Ser (rilevato tramite il Tsr); D-glucosio, D-galattosio e ribosio (rilevati tramite il Trg) e L-aspartato (rilevato attraverso il Tar). In presenza di tutti gli effettori, i batteri avevano una forte chemioattrazione che si riduceva in assenza di L-serina, sufficiente da sola a inibire l’effetto del composto. Se la concentrazione di indolo era dimezzata (431 µM), le cellule mostravano il massimo grado di attrazione.
Variando il rapporto L-serina:indolo (10:1, 1:1 o 1:10) la chemioattrazione – massima in presenza di sola L-serina – si trasformava gradualmente in chemiorepulsione, con zone di evitamento sempre più ampie all’aumentare dell’indolo. Tuttavia, l’aggiunta di L-serina di dieci volte inferiore ne annullava l’effetto anche ad alte concentrazioni.
Conclusioni
L’indolo allontana i batteri in condizioni isolate e di laboratorio, ma non in vivo, dove coesiste con numerosi chemioattrattori. In tali condizioni, i patogeni possono utilizzarlo come segnale indiretto della presenza di nutrienti. Un comportamento simile è stato osservato per Helicobacter pylori, attratto dall’urea, ma intollerante all’ambiente acido della mucosa gastrica. Tra i limiti dello studio, gli autori segnalano l’uso di espianti di colon suino, che non riproducono la complessità delle dinamiche nell’intestino umano. Saranno quindi necessari studi su tessuti di ileo distale, un importante sito di invasione di S. typhimurium, per chiarire il ruolo dei meccanismi di chemioattrazione e chemiorepulsione nella colonizzazione batterica.
