I lattobacilli svolgono un ruolo importante nella regolazione del sistema immunitario e, in particolare, del microbiota vaginale perché mantengono il pH acido e prevengono l’insorgenza di infezioni, tra cui vaginosi batteriche.
Studi precedenti a livello di ceppo hanno dimostrato che le comunità batteriche della vagina si stabilizzano durante la gravidanza, ma la letteratura in materia è ancora troppo scarsa per comprendere le variazioni genomiche responsabili di questo adattamento. Sai Ravi Chandra Nori e colleghi dell’University College di Cork (Irlanda) hanno eseguito per la prima volta una profilazione ad alta risoluzione dei metagenomi vaginali di donne incinte, rivelando la presenza di sottospecie multiple di batteri, in particolare in L. crispatus e L. iners, con funzioni importanti nella biogenesi della parete cellulare, nel trasporto di carboidrati e amminoacidi, nel metabolismo e nella difesa dai patogeni.
Composizione metagenomica
I ricercatori hanno analizzato 354 campioni metagenomici vaginali da due coorti irlandesi. In base al metagenomic Community State Type (mgCST), il microbiota vaginale era costituito soprattutto da cinque specie (L. crispatus, L. iners, L. gasseri, L. jensenii e Gardnerella vaginalis) e 18 sottospecie metagenomiche. L. crispatus e L. iners dominavano la comunità microbica in quanto dotati, rispettivamente, di cinque (mgCST 1, 3, 4, 5 e 6) e tre sottospecie metagenomiche (mgCST 10, 12 e 27).
Seguono L. gasseri (mgCST 7 e 9), Gardnerella vaginalis (mgCST 23 e 25), L. jensenii (mgCST 15 e 16) e Bifidobacterium breve (mgCST 26). Mentre l’approccio standard, il Community State Type (CST), ha classificato i metagenomi vaginali in soli 6 CST (CST-1, 2, 3, 4, 5 e 8) a livello di specie.
Ricostruzione dell’intera popolazione genica di L. crispatus e L. iners
I ricercatori hanno ricostruito i pan-metagenomi di L. crispatus e L. iners utilizzando geni non ridondanti per comprendere le differenze tra i ceppi all’interno e tra le specie. Ciascun ceppo di L. crispatus e L. iners presentava, rispettivamente, 405 geni – corrispondenti a mgCST10 (273 geni), 11 (53) e 12 (136) – e 462 geni unici – 194 geni per mgCST 10, 45 per mgCST 11 e 114 per mgCST 12. Le funzioni dei geni di L. iners erano ascrivibili a quelle di L. crispatus, tranne che per la categoria del meccanismo di difesa in cui L. iners ha più geni specifici. Entrambe le specie presentavano un gene (pulA), che codifica per la pullulanasi, un enzima coinvolto nella degradazione del glicogeno. L. crispatus e L. iners erano costituiti, rispettivamente, da 5.943 e 4.184 gruppi ortologhi vaginali (VOG).
Prevalenza dei geni leganti la mucina
Un cluster di geni codificanti per glicani di superficie cellulare contenente mucBP era presente in L. crispatus (86% dei campioni), L. jensenii (36%) e L. gasseri (30%), ma non in L. iners o G. vaginalis. La probabilità di rilevare questo cluster genico nelle prime due specie aumentava quando si riduceva la diversità alfa del microbiota in un dato campione.
I geni leganti la mucina (mucBP) erano presenti solo nelle sottospecie di L. crispatus, che presentavano anche i geni codificanti per la D-lattato deidrogenasi e la L-lattato deidrogenasi, a differenza dei ceppi di L. iners che erano privi del primo gene. Inoltre, diversi studi hanno dimostrato che, rispetto al L-lattato, il D-lattato svolge una protezione maggiore nei confronti di infezioni batteriche, con livelli elevati quando L. crispatus è dominante.
Differenze genetiche tra L. crispatus e L. iners
I ricercatori hanno ricostruito 337 genomi assemblati metagenomicamente di alta qualità: 154 da L. crispatus, 57 da L. iners e 31 da L. jensenii. Il confronto filogenetico del genoma centrale di L. crispatus e L. iners ha rivelato la presenza di tre cladi principali per il primo e due per il secondo.
Inoltre, la ricostruzione delle filogenesi del genoma accessorio (15 % dei geni in comune tra le due specie) per L. crispatus e L. iners ha rivelato una modesta diversità tra e all’interno delle due specie, confermata ulteriormente dalla presenza di un pangenoma aperto e dalla scoperta di geni sottoposti a selezione positiva nei dati metagenomici.
Il team ne ha trovati 28 in L. crispatus, codificanti soprattutto per trasposoni (DDE Tnps), trasportatori (ATP-Binding Cassette), proteina associata allo strato S (SLAP), proteina ancora della parete cellulare Gram positiva (Gram pos anchor) e proteina legante la mucina (MucBP). Mentre, in L. iners, i geni più diffusi erano quattro, di cui tre correlati al trasporto di membrana (trasportatori ABC e bPH_2) e un altro a una funzione sconosciuta.
Conclusioni
I risultati dello studio evidenziano la centralità di L. crispatus e L. iners nella regolazione della flora batterica vaginale, in particolare dei geni implicati nel metabolismo del glicogeno e della mucina e negli adattamenti alla superficie cellulare.
Saranno necessari ulteriori ricerche per comprendere le implicazioni delle variazioni genetiche a livello di ceppo e sviluppare nuovi probiotici per regolare il microbiota vaginale.
