Il tratto gastrointestinale inferiore si è evoluto per sfruttare diverse funzioni del suo microbiota residente, fornendo così un sito compartimentato, ma biologicamente significativo, per indirizzare le terapie cellulari ingegnerizzate. Tali terapie, tuttavia, hanno faticato a dimostrare efficacia clinica. Pertanto, i ricercatori hanno condotto uno studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Microbiota, basato su strategie di colonizzazione che consentano il raggiungimento di concentrazioni terapeutiche sufficientemente elevate da stimolare l’attività necessaria per l’efficacia clinica.
Colonizzazione dell’intestino mediante ingegnerizzazione batterica
È stata realizzata l’ingegnerizzazione di un ceppo di Bacteroidaceae aggiungendo geni che codificano l’utilizzo del porfirano, polisaccaride derivato dalle alghe, per consentire livelli di colonizzazione modulabili in base alla concentrazione di tale polisaccaride. La scelta del porfirano come candidato per creare una nicchia esclusiva per i batteri ingegnerizzati è stata fatta perché solo il 2% degli individui occidentali sembra ospitare un microbo nativo che lo utilizza cosicché, in questo modo, si ha una minore resistenza alla colonizzazione. Difatti, il porfirano alimentare può creare una nicchia esclusiva per i ceppi che lo utilizzano, consentendo una colonizzazione prevedibile di diversi microbioti. Tuttavia, dopo la sua rimozione la persistenza dei ceppi che lo utilizzano è difficile da prevedere a causa della complessità dell’ecosistema e dell’ampia gamma di nutrienti che le Bacteroidaceae possono consumare. Per migliorare la clearance del ceppo senza complicare il dosaggio del trattamento, è stato ingegnerizzato il ceppo sostituendo la regolazione nativa del gene essenziale argininil-tRNA sintetasi (argS) con un promotore inducibile dal porfirano, di modo da avere un’ulteriore dipendenza da tale polisaccaride anche in terreni ricchi, dove sono disponibili altre fonti di carbonio.
Sviluppo di terapie per l’iperossaluria enterica (EH) mediante colonizzazione intestinale
L’EH è una malattia causata da un sovrassorbimento patologico di ossalato alimentare, che spesso porta a calcoli renali ricorrenti di ossalato di calcio. Una ridotta prevalenza di batteri che degradano l’ossalato nel colon dovuta all’uso di antibiotici è stata associata all’EH. Inoltre, l’intervento di bypass gastrico è clinicamente correlato all’insorgenza di EH negli esseri umani, e nei ratti sottoposti a questo intervento è stato dimostrato un aumento del 51% dell’ossalato nelle urine. Basandosi sulla realizzazione precedente della nicchia batterica contenente batteri con geni che codificano l’utilizzo del porfirano, i ricercatori hanno utilizzato il batterio Phocaeicola vulgatus, un membro della famiglia delle Bacteroidaceae abbondante nel microbiota intestinale delle popolazioni industrializzate, ingegnerizzando una via di degradazione dell’ossalato ad alto flusso in questo batterio.
Ingegnerizzazione di P. vulgatus per il trattamento di EH
Per ingegnerizzare il consumo di ossalato in P. vulgatus, è stato introdotto un trasportatore ossalato: formiato, nonché un percorso per la conversione dell’ossalato in formiato. Sono poi stati selezionati 92 enzimi in combinazioni permutate per l’espressione ottimizzata di diverse vie metaboliche per creare ceppi in grado di degradare rapidamente l’ossalato in formiato. In un modello di ratto EH, l’attecchimento ad alta densità con P. vulgatus che utilizza porfirani e che presenta il percorso di degradazione dell’ossalato ha ridotto l’ossalato urinario del 47% rispetto al ceppo di controllo privo del percorso. Anche in modelli animali di bypass gastrico, l’aumento dell’ossalato urinario è stato completamente annullato nei soggetti che ospitavano il ceppo che degrada l’ossalato.
Sicurezza della colonizzazione negli esseri umani
Una volta creato un ceppo terapeutico di P. vulgatus che degrada l’ossalato e utilizza i porfirani, è necessario testarne la sicurezza la tollerabilità e le prestazioni di colonizzazione negli esseri umani. È stato pertanto condotto uno studio clinico adattativo di fase 1/2a dove i partecipanti hanno ricevuto un antiacido e il ceppo ingegnerizzato o un placebo, somministrati per via orale. Gli individui hanno ricevuto da 0 a 20 g di porfirano al giorno, per 14 giorni dopo la somministrazione del ceppo o del placebo, con gruppi che hanno ricevuto diverse dosi giornaliere di porfirano. Gli eventi avversi sono stati per lo più lievi e transitori, con una predominanza di effetti gastrointestinali come diarrea e flatulenza. Non si sono verificati eventi avversi gravi o molto gravi e non è stata riscontrata alcuna apparente relazione tra la dose del prodotto, l’attecchimento o la persistente escrezione fecale del ceppo batterico e l’incidenza o la gravità degli eventi avversi. Infine, non è stato rivelato alcun cambiamento percettibile nella diversità del microbiota nativo.
Conclusioni
Sono stati osservati risultati promettenti nella riduzione dei livelli di ossalato nelle urine nei soggetti sottoposti a colonizzazione con il ceppo ingegnerizzato. Tuttavia, sebbene l’approccio terapeutico sia apparso sicuro e non abbia alterato in modo significativo la diversità del microbioma, specifici impatti ecologici e metabolici, tra cui le potenziali conseguenze dell’espansione di P. vulgatus e della conversione da ossalato a formiato, meritano ulteriori studi.
