I microrganismi intestinali interagiscono tra loro: lo fanno non solo per creare o mantenere un loro equilibrio, ma anche per difendere l’organismo dalla colonizzazione di patogeni esterni o dallo sviluppo di infezioni. È quello che sembrerebbe fare per esempio Bacteroides vulgatus nei confronti dell’agente eziopatologico del colera, il Vibrio cholerae. La sua presenza, nonché i metaboliti da esso prodotti, hanno dimostrato infatti un ruolo chiave nel contrastare l’insorgenza di sintomi tipici del colera in opportuni modelli murini. Di contro, una sua deplezione indotta da pre-trattamento con clindamicina, antibiotico selettivo per batteri anaerobi quali B. vulgatus, ha permesso lo sviluppo dell’infezione.

Questo è quanto si può riassumere dall’ampio studio condotto da Jin Sun You e colleghi della Yonsei University of Medicine (Seoul, Corea del Sud), di recente pubblicazione su Microbiome.

Mediante la produzione della tossina colerica (TC) e del pilo co-regolato con la tossina (TCP), V. cholerae è il responsabile della ben nota e potenzialmente letale infezione colerica caratterizzata da perdita di liquidi per abbondante diarrea. Crescente è tuttavia il numero di evidenze che suggeriscono un’interazione tra V. cholerae e i batteri commensali. Trattamenti con antibiotici hanno infatti dimostrato di aumentare la suscettibilità a vari agenti patogeni quali Shigella flexneri, Salmonella enterica o Clostridium difficile. Scopo di questo studio è stato quindi indagare gli effetti di differenti classi di antibiotici sul microbiota intestinale e la correlazione tra le alterazioni indotte e lo sviluppo di infezione colerica. Di seguito i principali risultati.

Al fine di testare la relazione tra composizione batterica e resistenza all’infezione, modelli murini C57BL/6 SPF (specific pathogen-free) sono stati infettati con Vibrio cholerae ceppo N16961 (5×108 CFU) in seguito a pre-trattamento per 5 giorni rispettivamente con:

• streptomicina (SM, antibiotico ad ampio spettro)
• vancomicina (VAN, attiva contro i Gram-positivi)
• clindamicina (CL, attiva contro i batteri anaerobi).

Il trattamento antibiotico è risultato necessario ai fini di consentire lo sviluppo dell’infezione in quanto modelli murini adulti con microbiota fisiologico hanno dimostrato di esserne immuni. Altri modelli non infettati sono stati considerati come controllo. Dal confronto tra i gruppi è emerso che:

• Bacteroidetes è il phylum più abbondante nei controlli (80% di espressione dell’intero microbiota), buona espressione anche nei SM
• durante il trattamento, nel gruppo CL è stata registrata una deplezione del phylum Bacteroidetes a favore di Proteobacteria, phylum incrementato nel gruppo VAN insieme a Verrucomicrobia 
• in seguito a infezione con Vibrio cholerae la composizione del gruppo controllo e del gruppo SM non ha mostrato alterazioni significative; incremento notevole di Bacteroidetes si è invece registrato nel gruppo VAN, di Firmicutes in quello CL. In quest’ultimo è stato rilevato anche un decremento di Proteobacteria, l’8% circa dei quali derivanti da specifiche sequenze di Vibrio cholerae, suggerendo una sua attiva colonizzazione.

Dall’analisi morfologica del tratto intestinale si è inoltre visto che:

• a eccezione del gruppo CL, l’infezione con Vibrio cholerae non ha comportato sostanziali cambiamenti a livello tissutale o di funzionalità intestinale
• nel gruppo CL è stato registrato un consistente aumento di fluidi nell’intestino tenue, un accorciamento e assottigliamento del colon accompagnato da una riduzione della consistenza fecale.

Risultati analoghi sono stati ottenuti anche riducendo il periodo di pre-esposizione a clindamicina da cinque a un solo giorno. Rispetto ai non pre-trattati, infatti, sono stati osservati sia un consistente incremento di fluido intestinale a 24 ore dall’infezione (pari a circa 1,6 volte superiore rispetto ai non infettati), sia una robusta colonizzazione del patogeno, assente nella controparte. Interessante inoltre notare come Vibrio cholerae sia risultato presente a livello di intestino tenue e cieco, ma anche nel materiale fecale.

La suscettibilità all’infezione colerica e l’aumento di abbondanza della relativa tossina è stata riscontrata anche in modelli germ-free trapiantati con feci di topi trattati con CL, sostenendo il ruolo del microbiota nel suo sviluppo. Di contro, modelli trapiantati con feci dal gruppo controllo hanno mantenuto una buona resistenza all’infezione.

L’infezione da Vibrio cholerae nel gruppo CL potrebbe quindi essere consentita da una diminuzione dei Bacteroidetes o dall’innalzamento dei Proteobacteria. Quest’ultimo phylum ha tuttavia registrato un aumento anche nel gruppo VAN, resistente all’infezione, come del resto Bacteroidetes, passato dal 38% al 61%. Il phylum Bacteroidetes sembrerebbe perciò quello maggiormente implicato nella protezione dall’infezione.

I ricercatori si sono dunque concentrati su questo phylum, in particolare su B. vulgatus data la sua fisiologica elevata espressione nell’intestino dei modelli murini (resistenti all’infezione se non esposti ad antibiotici), dimostrando che:

• nel gruppo controllo, B. vulgatus ha registrato la maggiore abbondanza (50% dell’intera popolazione batterica), leggermente diminuita nel gruppo VAN a favore di P. goldsteinii
• l’infezione colerica ha mostrato una notevole remissione in modelli germ-free successivamente inoculati con B. vulgatus vivo. I livelli di colonizzazione, rispetto ai controlli, sono stati di circa 830 e 40 volte inferiori rispettivamente nell’intestino tenue e nel colon
• efficacia analoga, seppur ridotta rispetto ai modelli adulti, anche in topi giovani (5 giorni di vita). L’inoculazione di B. vulgatus ha infatti ridotto l’accumulo di fluidi intestinali e la colonizzazione di V. cholerae di circa 4,47 volte rispetto ai controlli.

Per quanto riguarda invece il profilo metabolico correlato al microbiota, sono state ancora una volta registrate alterazioni significative a livello intestinale nel gruppo SPF pre-trattato con CL. In particolare:

• nel gruppo controllo si è registrata una buona abbondanza per esempio di acido butirrico/isobutirrico, acido colico, trimetilammina e glucosio-6-P, tutti assenti nella controparte
• nel gruppo esposto ad antibiotico,  è stato dimostrato un aumento dell’espressione di urea, N-acetilglucosamina (NAG), creatinina, acido glucoronico ecc., assenti o a livelli inferiori nei controlli
• la presenza di acido colico, acido iso-/butirrico, acido propionico, acido iso-/valerico e trimetilammina ha mostrato un ruolo chiave nel contrastare lo sviluppo dell’infezione colerica, inibendo la crescita del patogeno. NAG e, in misura minore, l’acido glucuronico, sono invece risultati positivamente correlati alla sua proliferazione.

Da ultimo, i ricercatori hanno dimostrato la possibilità di considerare il modello murino trattato con CL come riferimento per ulteriori studi nell’ambito dell’infezione colerica.  Inoculando infatti modelli esposti o meno a CL con ceppo V. cholerae wild-type e mutato (∆tcpA) in rapporto 1:1 hanno dimostrato che:

• nel gruppo pre-trattato l’accumulo di fluidi e la colonizzazione batterica è aumentata
• la presenza di V. cholerae è stata del tutto eliminata in 3 dei 6 modelli di controllo
• il ceppo mutato ha mostrato una capacità di colonizzazione notevolmente ridotta rispetto a quello wild-type. Tale differenza è stata tuttavia registrata solo nel gruppo pre-trattato con CL.

In conclusione, dunque, B. vulgatus sembrerebbe avere un ruolo chiave nel contrastare l’infezione di V. cholerae, suggerendo quindi un suo possibile utilizzo, supportato da ulteriori studi, come probiotico nella pratica clinica.