Infezioni da Stafilococco aureo, il probiotico Bacillus ostacola la colonizzazione

20 Novembre 2018 / di Silvia Radrezza

National Institutes of Health (studio originale)

Stato dell’arte
I probiotici riducono il rischio di colonizzazione dei patogeni intestinali con conseguenti infezioni. Tuttavia, i meccanismi sono in generale poco chiari.
Cosa aggiunge questa ricerca
Lo studio illustra nel dettaglio il meccanismo molecolare con il quale il probiotico Bacillus ostacola la colonizzazione del patogeno Staphylococcus aureus.
Conclusioni
Il ceppo Bacillus, attraverso la produzione di fengicine, inibisce il processo di regolazione di densità batterica caratteristico per S. aureus (quorum sensing) riducendone la colonizzazione.

Le infezioni batteriche da Staphylococcus aureus sono tra le più frequenti e allo stesso tempo pericolose. I trattamenti con antibiotici vanno spesso incontro a resistenza. Quali potrebbero essere dunque delle valide alternative di trattamento e/o prevenzione?

Secondo Pipat Piewngam e colleghi del National Institute of Health americano, la somministrazione del probiotico Bacillus, già ampiamente in uso, potrebbe essere la soluzione. Lo studio, di recente pubblicato sulla rivista Nature, non si è limitato a formulare l’ipotesi, ma ha messo in luce i meccanismi molecolari attraverso i quali spore di Bacillus riescono a inibire la colonizzazione, intestinale e non, del patogeno in questione, mettendo in atto un processo di mutua esclusione. La chiave sembrerebbe essere l’inibizione del suo “quorum sensing”, ossia della regolazione di densità batterica, meccanismo specifico per ogni specie. Ma vediamo più nel dettaglio i vari passaggi.

Da dove sono partiti il ricercatori NIH

Partendo dall’idea che la normale composizione del microbiota intestinale venga influenzata dalla presenza del patogeno S. aureus, i ricercatori hanno collezionato campioni fecali di 200 adulti sani di una popolazione rurale thailandese, evitando così interferenze con farmaci o altri fattori confondenti tipici della società civilizzata.

Venticinque su 200 campioni sono risultati positivi al patogeno, con indicazione di una sua espressione intestinale.

Si è passati poi a confrontare la composizione batterica dei campioni con e senza S. aureus:

  • nessuna differenza sostanziale in termini di composizione è emersa tra i due gruppi
  • forte correlazione è stata riscontrata tra la presenza di Bacillus e l’assenza di S. aureus
  • la mutua esclusione è stata riscontrata anche al di fuori del sito intestinale, a livello nasale per esempio

Meccanismi di mutua esclusione

Data l’analogia di composizione batterica tra i due gruppi, un effetto diretto del ceppo Bacillus sul microbiota in generale non è plausibile.

Tuttavia, osservata questa tendenza di presenza-assenza, i ricercatori hanno cercato di individuarne le ragioni. Dall’ipotesi di produzione di una sostanza diretta e specifica da parte del probiotico contro la colonizzazione di S. aureus si è passati a valutare la possibilità di una sua interferenza con il processo di regolazione di densità batterica detto “quorum sensing”. Considerando come i segnali e i recettori implicati siano batterio-specifici, potrebbe esserci un’inibizione selettiva S. aureus a livello di Agr (Accessory Gene Regulator), importante per la sua virulenza.

Per verificarlo, è stato prodotto un appropriato modello murino attraverso il quale si è determinato il ruolo indispensabile di Agr associato a quorum-sensing nella colonizzazione intestinale del patogeno.

Il merito va alla fengicina prodotta dal Bacillus

Stabilito come il sistema di regolazione “Agr-quorum sensing” sia fondamentale per la colonizzazione di S. aureus, i ricercatori hanno approfondito se effettivamente il probiotico Bacillus interagisca con esso e in che modo questo avvenga.

Tutti i filtrati di colture cellulari di Bacillus hanno ridotto l’attività di Agr in ceppi di S. aureus di almeno l’80%, confermando l’interazione.

Attraverso tecniche cromatografiche e di spettrometria di massa ad alta risoluzione è stato possibile identificare nel dettaglio la sostanza responsabile di tale effetto. Si tratta di un lipopeptide ciclico, la fengicina, in particolare nella sua isoforma β-OH-C17-B.

Per confermare ulteriormente il ruolo attivo della fengicina nell’inibire la colonizzazione di S. aureus, è stato prodotto un ceppo modificato di Bacillus subtilis carente del gene fenA, essenziale per la produzione appunto di fengicina, e confrontato con uno wild-type.

B. subtilis fenA -/- è risultato privo dell’attività di inibizione di Agr a differenza del ceppo inalterato, confermando l’importanza del lipopeptide identificato.

Meccanismo di azione della fengicina

Tra i meccanismi d’azione proposti, quello più probabile si basa sull’analogia strutturale tra la fengicina e il peptide di attivazione di Agr, l’AIP (Agr autoinducing peptide), che andrebbe a sostenere un comportamento di competizione recettoriale.

Da ultimo i ricercatori sono passati agli studi in vivo colonizzando modelli murini con S. aureus e, in seguito, rispettivamente con ceppi di B. subtilis wild-type o fenA -/-.

  • trattando i modelli con spore di B. subtilis wild-type la colonizzazione del patogeno è stata completamente inibita sia a livello fecale che intestinale
  • di contro, spore di fenA -/- non hanno prodotto alcun effetto sulla colonizzazione di S. aureus

In conclusione dunque, attraverso il lipopeptide fengicina il probiotico Bacillus è in grado di contrastare la colonizzazione di S. aureus in diversi siti anatomici riducendo di conseguenza le infezioni a esso correlate. Approfondendo i meccanismi d’azione dei probiotici come in questo studio sarà dunque possibile irrobustire con evidenze scientifiche le convinzioni sulla loro efficacia a supporto di un loro sempre più ampio e appropriato utilizzo.

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