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Dermatite atopica: mutazioni rapide di Staphylococcus aureus favoriscono la colonizzazione della pelle

Un recente studio sottolinea l'importanza di valutare le mutazioni dei microbi per comprendere il loro contributo a malattie complesse.
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Dermatite atopica: mutazioni rapide di Staphylococcus aureus favoriscono la colonizzazione della pelle

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Stato dell’arte
La dermatite atopica (AD) colpisce fino al 20% della popolazione ed è particolarmente comune nei bambini. Staphylococcus aureus è spesso presente sulla pelle infiammata di individui con AD, esacerbando la malattia e danneggiando la pelle. Tuttavia, rimane ancora da capire quali siano le mutazioni specifiche presenti in questi pazienti e quale sia l’impatto delle mutazioni de novo del microbioma su malattie complesse.

Cosa aggiunge questa ricerca
Monitorando 23 bambini sottoposti a cure per la dermatite atopica, i ricercatori hanno scoperto che S. aureus acquisisce nuove mutazioni durante la colonizzazione della pelle. Ogni paziente presenta una popolazione primaria di S. aureus dominata da un singolo lignaggio, con occasionali infiltrazioni da altri gruppi. Nel corso di diversi mesi, alcune varianti si sono diffuse in tutto il corpo con segni di evoluzione adattativa. Un esempio degno di nota è stata l’evoluzione parallela di mutazioni nel gene capD, responsabile della sintesi della capsula,  in un paziente e la diffusione attraverso il corpo in due pazienti; inoltre, la capD negativity in S. aureus è risultata più diffusa nell’AD rispetto ad altre condizioni.

Conclusioni
Lo studio sottolinea l’importanza di valutare le mutazioni dei microbi per comprendere il loro contributo a malattie complesse.

Un evento comune nei casi di dermatite atopica sintomatica è la colonizzazione della cute da parte del patogeno opportunista Staphylococcus aureus, che di solito si trova solo in piccole quantità sulla pelle sana. Questo batterio causa varie infezioni nell’uomo e si ritiene che provenga dalle narici di individui sani. Diverse mutazioni nel genoma di S. aureus possono aumentarne la virulenza, indurre resistenza agli antibiotici ed essere caratterizzate da contesti di malattia variabili

Tuttavia, nessuna sequenza genomica è risultata fortemente associata alla dermatite atopica. Inoltre, sebbene siano state osservate mutazioni de novo nei bambini con questa patologia, il loro impatto non è ancora chiaro. 

Per rispondere a queste domande, Tami D. Lieberman e i suoi colleghi hanno recentemente pubblicato su Cell Host & Microbe Journal uno studio prospettico longitudinale durante il quale hanno monitorato la colonizzazione cutanea di S. aureus e la sua evoluzione in 23 bambini messicani di età compresa tra 5 e 15 anni con dermatite atopica da moderata a grave. 

I ricercatori hanno scoperto che S. aureus si adatta rapidamente alle persone sottoposte a trattamento dell’AD, sviluppando mutazioni de novo. Questi batteri mutanti adattivi si diffondono in tutto il corpo, comprese le narici, e gli individui con dermatite atopica hanno maggiori probabilità, rispetto agli individui sani, di presentare microbi con mutazioni che causano perdita di funzione nel gene capD di S. aureus, che è strettamente legato alla sua virulenza

L’evoluzione di S. aureus nei pazienti con dermatite atopica 

I ricercatori hanno raccolto da ciascun bambino campioni da siti cutanei affetti e non affetti da dermatite atopica e, mediante culture-based whole-genome sequencing, hanno rilevato nei singoli pazienti le mutazioni acquisite da S. aureus come risultato della selezione naturale. 

Raggruppando gli isolati di ogni paziente in lignaggi, i ricercatori hanno scoperto che la maggior parte dei pazienti era colonizzata da un unico lignaggio principale, sebbene in alcuni soggetti siano stati identificati lignaggi minori. 

Visualizzando le dinamiche evolutive temporali è stato osservato che S. aureus ha accumulato mutazioni nel tempo e che genotipi con mutazioni appena acquisite hanno ripetutamente sostituito la diversità esistente

È interessante inoltre notare che la diffusione di nuove mutazioni non è stata limitata spazialmente, ma ha attraversato l’intero corpo, compresa la pelle non affetta da dermatite atopica e l’habitat naturale del naso. 

Questi dati suggeriscono che i nuovi genotipi di S. aureus emergono comunemente tramite mutazioni de novo nei pazienti in trattamento per l’AD, e alcuni di questi successivamente sostituiscono la popolazione microbica preesistente

Mutazioni adattative alterano la capsula polisaccaridica 

Per verificare se le mutazioni de novo siano in grado di fornire un vantaggio competitivo sulla pelle affetta da dermatite atopica, i ricercatori hanno studiato i geni mutati per le firme adattive. 

I dati ottenuti circa l’evoluzione parallela all’interno di un paziente, l’evoluzione parallela tra i pazienti e l’associazione con eventi di sostituzione hanno suggerito che le mutazioni del gene capD forniscono un vantaggio di sopravvivenza per S. aureus sulla pelle affetta da dermatite atopica

Il gene capD codifica per un enzima coinvolto nella prima fase della sintesi del polisaccaride capsulare, un fattore di virulenza che protegge il patogeno dalla fagocitosi e dal sistema immunitario innato. Non sono state osservate mutazioni adattative de novo in altri geni di S. aureus. 

La perdita di capsule è comune nella dermatite atopica 

Il rilevamento di mutazioni che causano il troncamento del gene capD indica che avere un fenotipo acapsulare può fornire un vantaggio nei pazienti affetti da AD

Le pressioni selettive per la perdita della capsula potrebbero includere l’immune escape dagli anticorpi diretti contro la capsula o dai componenti dell’immunità innata, una maggiore aderenza alla pelle affetta da dermatite atopica e la riduzione dei costi metabolici. Quest’ultima può spiegare la preponderanza delle mutazioni nel primo gene nella via biosintetica, capD, piuttosto che una distribuzione uniforme tra tutti i geni associati alla capsula.

Nel complesso questi risultati sottolineano come le mutazioni de novo possano influenzare la capacità competitiva dei batteri nella colonizzazione della pelle e come il monitoraggio delle mutazioni sia utile per scoprire possibili vie terapeutiche. 

In futuro saranno necessari ulteriori studi per caratterizzare la base meccanicistica del vantaggio negativo del gene CapD sulla pelle affetta da AD al fine di progettare terapie target che riducano il carico della colonizzazione da S. aureus in questa patologia.

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