Un recente studio, pubblicato sulla rivista Cell Host & Microbe, ha presentato una nuova fagoteca, la Collection GPIC, che comprende 209 fagi isolati a partire da 42 specie batteriche intestinali umane comuni e 34 generi mai descritti in letteratura.
Un risultato importante che aumenta la diversità dei fagi batterici isolati dall’intestino umano in coltura e fornisce una preziosa risorsa per l’ingegneria del microbiota umano e le sue applicazioni.
L’impatto dei fagi sulla composizione del microbiota
I batteriofagi (anche detti fagi) sono molto abbondanti nell’intestino umano. La loro quantità negli umani, infatti, è stata stimata tra le 108 e le 1.010 particelle fagiche per grammo di feci.
È intuitivo che i fagi, in quanto predatori batterici, influenzino notevolmente la composizione e la funzione del microbiota intestinale e molti studi hanno evidenziato l’importante relazione tra la biodiversità dei fagi intestinali e la salute umana.
Gli isolati fagici ottenuti dai batteri intestinali, infatti, possono essere uno strumento efficace per manipolare il microbiota.
Nei topi gnotobiotici, ad esempio, è stato dimostrato che i fagi possono abbattere direttamente i batteri potenzialmente dannosi, con un effetto a cascata su altre specie batteriche. In particolare, tra le varie applicazioni, i fagi sono stati usati per causare la citolisi di E. faecalis, attenuando la malattia epatica alcolica, mentre è stato dimostrato che i fagi diretti verso Fusobacterium nucleatum possono aumentare l’efficacia di chemioterapia e immunoterapia per il cancro colorettale.
Limiti degli approcci bioinformatici nello studio dei fagi
Gli studi che hanno analizzato i batteriofagi e il loro rapporto con il microbiota, fino ad ora si sono basati prevalentemente su approcci bioinformatici che, tuttavia, hanno diversi limiti.
A causa della mancanza di marcatori genomici per la classificazione dei fagi e della elevata divergenza tra le sequenze, gli approcci bioinformatici non sono in grado di identificare nuovi fagi in assenza di genomi di riferimento.
Inoltre, la stragrande maggioranza delle presunte sequenze fagiche identificate dai dati metagenomici dell’intestino umano non possono essere classificate tassonomicamente o associate a nessun ospite microbico.
Inoltre, gli sforzi per isolare i fagi dai batteri intestinali sono ancora carenti e limitati a poche specie di batteri patogeni di interesse clinico, come Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Clostridium difficile e i Bacteroides.
Per rendere possibili tutte le promettenti applicazioni cliniche dei fagi è necessario, quindi, poterli coltivare su larga scala.
I risultati dello studio e la fagoteca GPIC
Il nuovo studio pubblicato su Cell Host & Microbe ha messo a punto una coltivazione su larga scala di fagi a partire dall’isolamento dai batteri intestinali, che ha permesso di creare una raccolta di 209 fagi unici a partire da 42 specie batteriche comuni.
L’analisi del genoma dei fagi ha identificato anche 34 generi non descritti. L’analisi genomica ha, inoltre, permesso di identificare 22 nuovi fagi della famiglia Salasmaviridae, che hanno piccoli genomi (10-20 kbp) e infettano i batteri Gram-positivi. È stata, infine, identificata una nuova famiglia, Paboviridae, con un’elevata prevalenza nell’intestino umano.
Oltre a questi risultati, i ricercatori hanno utilizzato la fagoteca per alcune applicazioni, che hanno permesso di osservare che i ceppi di Bacteroides e Parabacteroides mostrano grandi variazioni nella suscettibilità ai fagi. Nel dettaglio, i ricercatori hanno anche osservato che un cocktail di 8 fagi presenti nella collezione è stato in grado di ridurre in modo efficace l’abbondanza dei ceppi di Bacteroides fragilis in vitro.
Conclusioni
Tutti questi risultati, messi insieme, dimostrano che la fagoteca GPIC (gut phage isolate collection) è una risorsa molto importante, che offre accesso a centinaia di isolati fagici da ceppi batterici intestinali umani, con genomi di riferimento di alta qualità.
GPIC potrà aiutare a chiarire il ruolo dei fagi nella modulazione del microbiota intestinale e la seguente applicazione nelle indagini scientifiche e terapeutiche. Inoltre, la dimostrazione che è possibile ridurre con successo in vitro la quantità di una specie bersaglio del microbiota, utilizzando un cocktail di fagi, evidenzia il valore di questi isolati.
