Stato dell’arte
Il microbiota intestinale protegge dalla colonizzazione di agenti patogeni mediante un processo chiamato resistenza alla colonizzazione. Non è però stato ancora dimostrato quali specie batteriche siano coinvolte in questo processo e quali meccanismi utilizzino.

Cosa aggiunge questa ricerca
Mediante esperimenti sui topi e su cellule coltivate in vitro, i ricercatori hanno analizzato come i batteri intestinali umani influenzano la colonizzazione di due importanti agenti patogeni batterici: Klebsiella pneumoniae e Salmonella enterica sierotipo Typhimurium (S. Typhimurium). Combinazioni specifiche di diverse specie batteriche hanno mostrato una maggiore resistenza alla colonizzazione rispetto a quando le singole specie sono state testate singolarmente. Questo effetto è probabilmente il risultato della capacità di queste comunità batteriche di consumare gli stessi nutrienti utilizzati dai patogeni. I ricercatori sono stati infine in grado di identificare i microbi intestinali protettivi utilizzando solo le informazioni metaboliche o la sequenza del DNA.

Conclusioni
I risultati spiegano perché la diversità del microbiota intestinale protegge dalle infezioni e forniscono informazioni su come progettare comunità microbiche resistenti agli agenti patogeni.

Il microbiota intestinale ci protegge dalla colonizzazione di agenti patogeni, che possono portare a infezioni. Questa ipotesi è stata ormai confermata in numerosi studi pubblicati. Ma come ciò avvenga resta un mistero. 

Un nuovo studio ha dimostrato che diverse comunità di batteri intestinali limitano la colonizzazione dei patogeni consumando i nutrienti necessari per la loro crescita.

I risultati, pubblicati su Science, potrebbero quindi contribuire alla progettazione di comunità microbiche resistenti agli agenti patogeni. 

Resistenza alla colonizzazione

«Abbiamo scoperto che la complessità del microbiota si basa su semplici principi, il che potrebbe consentire di progettare i microbiota per favorire lo stato salute dell’ospite», affermano i ricercatori.

Il processo che consente al microbiota intestinale di proteggere il suo ospite dalla colonizzazione di agenti patogeni è noto con il termine “resistenza alla colonizzazione”. Tuttavia, non è chiaro quali specie batteriche siano coinvolte in questo processo e quali meccanismi utilizzino.

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori guidati da Frances Spragge della University of Oxford hanno analizzato come i batteri intestinali umani influenzano la colonizzazione di due importanti agenti patogeni batterici: Klebsiella pneumoniae e Salmonella enterica sierotipo Typhimurium (S. Typhimurium).

Microbiota diversificato

I ricercatori hanno selezionato 100 batteri intestinali umani e hanno coltivato ciascuna specie prima con K. pneumoniae e poi con S. Typhimurium. Quindi, hanno classificato i batteri in base alla loro capacità di ostacolare la crescita dei patogeni.

Le singole specie di microbi intestinali hanno avuto effetti trascurabili sulla resistenza alla colonizzazione. Tuttavia, quando i ricercatori hanno combinato fino a 50 specie batteriche in diverse comunità, hanno scoperto che la crescita dei patogeni veniva inibita. 

Effetti simili sono stati osservati in topi germ-free colonizzati con diverse comunità microbiche e infettati da Klebsiella pneumoniae o S. Typhimurium.

«I nostri risultati hanno dimostrato l’importanza della diversità del microbiota per garantire la resistenza alla colonizzazione» affermano i ricercatori.

Competizione per i nutrienti

Dai dati ottenuti è emerso che, sebbene i singoli batteri intestinali offrano una ridotta protezione contro gli agenti patogeni, la resistenza alla colonizzazione dipende dalla presenza di specifiche specie come Escherichia coli, un noto competitor di S. Typhimurium.

I ricercatori hanno inoltre scoperto che un microbiota intestinale diversificato limita la crescita dei patogeni consumando i nutrienti di cui i patogeni hanno bisogno. 

«Il “blocco dei nutrienti” è promosso sia dalla diversità del microbiota sia dalla presenza di alcune specie chiave che aumentano la sovrapposizione tra i nutrienti consumati sia dai microbi intestinali sia dagli agenti patogeni».

Infine, i ricercatori hanno utilizzato il principio del “blocco dei nutrienti” per identificare le comunità microbiche intestinali protettive nei confronti di un nuovo agente patogeno batterico e hanno quindi testato la loro resistenza alla colonizzazione. I risultati ottenuti suggeriscono che è possibile identificare le comunità protettive utilizzando informazioni metaboliche o anche solo la sequenza del DNA dei microbi.

«Il nostro lavoro suggerisce dunque una modalità per ottimizzare la composizione del microbiota in modo da proteggere l’ospite dagli agenti patogeni» concludono gli autori.