Gli anticorpi modulano il microbioma intestinale favorendo la simbiosi tra i batteri

24 ottobre 2018 / di Silvia Radrezza

Kyoto University, Kyoto (studio originale)

Stato dell’arte
La produzione delle IgA, presenti soprattutto a livello dello strato di mucosa, avviene sia in risposta a infezioni batteriche, sia in maniera costante, per mantenere l’omeostasi batterica intestinale.
Cosa aggiunge questa ricerca
Le immunoglobuline A (IgA) non solo ci difendono dall’attacco dei patogeni, ma sono anche in grado di modulare l’espressione genica dei batteri a livello intestinale permettendo la proliferazione e la cooperazione di ceppi commensali utili per l’organismo.
Conclusioni
Identificare target molecolari all’interno di questo processo potrebbe aprire nuove prospettive terapeutiche nei confronti di numerose patologie.

Anticorpi e batteri, un binomio che potrebbe non riguardare più soltanto il sistema difensivo del nostro organismo. Per dirla meglio: le immunoglobuline sembrano avere un ruolo più ampio rispetto al classico contrasto dei patogeni.

Per un vero viaggio di scoperta bisogna guardare le cose da punti di vista nuovi. Ed è proprio quello che ha fatto Akira Nakajima, analizzando l’effetto di alcuni anticorpi sul microbiota intestinale.

Secondo quanto osservato dal ricercatore giapponese infatti, le immunoglobuline A (IgA) sono in grado di modulare l’espressione genica dei batteri a livello intestinale permettendo la proliferazione e la cooperazione di ceppi commensali utili per l’organismo.

Lo studio è stato pubblicato su Journal of Experimental Medicine.

La scoperta che la produzione delle IgA, presenti soprattutto a livello dello strato di mucosa, avviene sia occasionalmente, in risposta a infezioni batteriche, sia in maniera costante, per mantenere l’omeostasi batterica intestinale, è relativamente recente e il meccanismo attraverso il quale questo avviene rimane ancora poco chiaro. Alcuni dubbi riguardano inoltre il ruolo delle modificazioni post-trascrizionali delle stesse IgA nella regolazione della funzionalità batterica.

Le IgA glicosate legano i ceppi batterici

Con questo studio, i ricercatori giapponesi e statunitensi hanno voluto approfondire le conoscenze relative alle modalità con cui le IgA influenzano il profilo batterico e l’omeostasi intestinale principalmente attraverso test in vitro e su modelli murini opportunamente colonizzati.

Lo strato mucosale ricco di glicani rappresenta una nicchia fondamentale per i simbionti in quanto facilita le relazioni ospite-batteri mettendo a disposizione nutrienti e una struttura su cui crescere. Siccome le IgA e i batteri sono entrambi abbondanti nello strato mucosale, le IgA potrebbero favorire la colonizzazione di questa nicchia promuovendo l’adesione e/o l’utilizzo di nutrienti.

Per testare l’effettiva capacità delle IgA di modulare il microbiota intestinale attraverso le interazioni glicano-glicano tra IgA, batteri e muco, sono state prodotte immunoglobuline monoclonali arricchite con antigeni non batterici per l’ovalbumina, definite 7-6 IgA glicosilate. Dagli esperimenti in vitro è risultato che:

  • Le 7-6 IgA glicosilate sono in grado di legare tutti i ceppi batterici testati, B. thetaiotamicron in particolare
  • Il legame avviene principalmente attraverso la porzione glicosilata delle IgA (glicani) e le proteine batteriche LPS (lipopolisaccaridi), indipendentemente dal riconoscimento tra anticorpo e determinante antigenico

Con gli anticorpi cambia la funzionalità di B. thetaiotamicron

Si è dunque valutato se le 7-6 IgA monoclonali siano in grado di influire sulla funzionalità di B. thetaiotamicron in modelli murini Rag -/-.

  • La presenza di 7-6 IgA ha notevolmente alterato l’espressione di molteplici geni, inclusi i PUL (polysaccharide utilization loci) che hanno dimostrato attività significativa solo in loro presenza
  • BT2268 e BT2269 sono risultati i PULs maggiormente attivati in seguito all’esposizione di B. thetaiotamicron alle 7-6 IgA
  • In seguito alla deplezione selettiva di Bacteroidales in alcuni modelli murini si è notato come l’espressione di BT2268 in B. thetaiotamicron e i suoi ortologhi in B. vulgatus, B. fragilis e P. distasonis risultasse maggiore nei batteri residenti sullo strato mucosale, sede fisiologica anche di IgA, rispetto a quelli presenti altrove, suggerendo come il legame con 7-6 IgA sia in grado di modificare il profilo di utilizzazione polisaccaridica di B. thetaiotamicron
  • I geni BT2268 e BT2269 hanno dimostrato di essere fattori fondamentali per la colonizzazione dell’ambiente mucosale di B. thetaiotamicron venendo perciò denominati dagli autori “Mucus-Associated Functional Factors” o MAFFs

I geni MAFFs favoriscono la colonizzazione di B. thetaiotamicron

Volendo valutare il ruolo funzionale dei MAFFs, i ricercatori hanno modificato il batterio B. thetaiotamicron ottenendone tre varianti non esprimenti rispettivamente solo il gene BT2268 (∆BT2268), solo il gene BT2269 (∆BT2269) o entrambi (∆BT2268/∆BT2269) da confrontare con B. thetaiotamicron wild-type (BTWT). Le specie mutate di B. thetaiotamicron sono state dunque testate in vitro in condizioni di nutrimento fisiologico vs un medium contenente solo glucosio e successivamente su modelli murini precedentemente privati del ceppo in questione.

  • I MAFFs non rappresentano il target di legame delle IgA
  • I MAFFs sono coinvolti nel regolare la crescita batterica anche in condizioni di restrizioni nutritive indipendentemente dal legame con la porzione glicanica di 6-7 IgA o dal loro utilizzo
  • In vivo i saggi di singola colonizzazione non competitiva hanno dimostrato buona proliferazione sia per BTWT che per le varianti mutate a livello mucosale e del lume intestinale
  • I test di colonizzazione competitiva hanno invece sottolineato un leggero svantaggio per il ceppo ∆BT2268 rispetto a BTWT mentre il corrispettivo ∆BT2269 non ha mostrato alterazioni
  • I geni BT2268 e BT2269 agiscono sinergicamente in vivo per favorire la colonizzazione

I MAFFs supportano l’interazione tra B. thetaiotamicron e altre specie batteriche commensali

Attraverso l’ibridizzazione fluorescente in situ (FISH) si è visto come i batteri ∆BT2268/∆BT2269 abbiano dimensioni minori rispetto ai BTWT confermando il ruolo di MAFFs nel promuovere la fisiologia di questo ceppo in vivo. Tale differenza non è stata invece confermata in modelli totalmente germ-free suggerendo come l’attività dei MAFFs sia piena solo in presenza di altre specie batteriche.

I ricercatori hanno inoltre dimostrato come i MAFFs siano importanti anche nell’indurre la capacità in B. thetaiotamicron di sfruttare gli amidi derivanti dalla dieta.  

L’asse IgA-MAFFs promuove la proliferazione dei Clostridiales e regola l’omeostasi batterica

Per valutare se i benefici dei MAFFs espressi da B. thetaiotamicron si estendano anche all’ospite, i ricercatori hanno utilizzato modelli chimici di colite osservando quanto segue per la colonizzazione con BWTW (ma non per quella con le varianti mutate):

  • Previene lo sviluppo di colite fulminante probabilmente a causa dell’aumentata espressione di cellule epiteliali, di adesione e dei meccanismi di difesa propri solo del ceppo non mutato. Questi risultati suggeriscono un possibile ruolo dei MAFFs nel sostenere l’integrità e la rigenerazione epiteliale intestinale
  • Ha comportato la proliferazione di un ceppo non classificato di Clostridiales, batteri precedentemente correlati alla protezione da colite
  • Ha presentato un impatto nell’espressione genica complessiva dei Firmicutes in modelli privati di Bacteroides
  • Ha aumentato la concentrazione fecale di butirrato, un riconosciuto fattore di protezione dell’epitelio intestinale largamente prodotto da Firmicutes

Riassumendo dunque:

  • Il legame tra 6-7 IgA monoclonali e B. thetaiotamicron modula e favorisce l’espressione dei geni MAFFs
  • I MAFFs hanno dimostrato di promuovere la proliferazione di B. thetaiotamicron nella mucosa intestinale e la sua interazione con altre specie commensali
  • Modelli murini colonizzati con B. thetaiotamicron mutati hanno mostrato un microbiota alterato e maggiore suscettibilità a infiammazione intestinale o colite

Infine, i ricercatori con un occhio al futuro, tra i prossimi punti da indagare indicano:

  • L’esatta definizione dei meccanismi di attività dei geni MAFFs
  • L’identificazione di target molecolari coinvolti nell’attività dei MAFFs
  • L’identificazione dei meccanismi di regolazione correlati ai MAFFs

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