Batteri e funghi interagiscono fra loro influenzando la salute intestinale. In condizione di colite e trattamento antibiotico, la popolazione batterica appartenente alla famiglia Enterobacteriaceae modula la colonizzazione di lieviti quali S. boulardii CNCM I-745, dall’attività antiinfiammatoria protettiva, e C. albicans, favorente, al contrario, un peggioramento del quadro clinico. È quanto suggerisce lo studio coordinato da Bruno Sovran dell’Université Paris-Saclay, pubblicato sulla rivista Microbiome.

Batteri, funghi e non solo…

Il nostro tratto gastrointestinale è colonizzato da diverse tipologie di microrganismi ossia batteri, funghi e virus che, nel complesso, vanno a formare il nostro microbioma nonostante con questo termine ci si riferisca molto spesso alla sola componente batterica.

Il microbiota batterico è infatti quello più analizzato e quindi conosciuto benché maggiore attenzione sia stata recentemente rivolta anche alla componente micotica.

Analogamente a quanto avviene per i batteri, in condizioni di patologia, anche l’equilibrio di questi ultimi viene a mancare mostrando, ad esempio, un arricchimento del rapporto Basidiomycota/Ascomycota e del lievito Candida albicans in pazienti con infiammazione cronica intestinale abbinato a un decremento di Saccharomyces cerevisiae. Interessante notare come questi due lieviti, C. albicans e S. cerevisiae, abbiano un impatto opposto a livello intestinale.

Il primo infatti mostra di essere maggiormente presente in contesti di infiammazione andando a peggiorare la sintomatologia in modelli di colite, il secondo invece ha un ruolo protettivo nei confronti dei patogeni associati a diarrea e, per l’appunto, di colite.

In occasione di infezioni batteriche il cavallo di battaglia è rappresentato ancora oggi dagli antibiotici nonostante, soprattutto quelli ad ampio spettro, vadano a eliminare non solo i patogeni ma anche i ceppi commensali andando di contro a favorire la proliferazione micotica sostenuta da un aumento delle nicchie intestinali disponibili. In questo contesto, altre infezioni, inclusa quella da C. albicans, potrebbero prendere il sopravvento. Nonostante il bilanciamento tra la carica batterica e quella micotica sia altamente influenzabile anche da fattori esterni, le loro dirette interazioni nel contesto fisiopatologico non sono state ad oggi ancora del tutto esaminate.

Per approfondire tale aspetto dunque, i ricercatori hanno trattato con un mix di antibiotici ad ampio spettro modelli murini femmina C57BL/6J ai quali è stata poi indotta la colite a attraverso la somministrazione di solfato sodio destrano (DSS).

In aggiunta al cocktail di antibiotici, per testare le interazioni con la componente micotica, sono stati introdotti S. boulardii CNCM I-745 o C. albicans. I modelli sono stati quindi suddivisi in due gruppi e trattati con vancomicina, specifica per batteri gram+, o colistina, targettata invece su Enterobacteriaceae. Mediante la raccolta di campioni fecali e istologici di colon è stato possibile valutare la severità dell’infiammazione e la composizione sia del microbiota batterico che di quello micotico di tutti i gruppi trattati andandoli poi a confrontare con quello di controllo, previsto per ogni esperimento. Di seguito dunque i risultati principali.

S. boulardii e C. albicans hanno effetti opposti in condizione di colite nei modelli non trattati ma perdono la loro efficacia dopo l’introduzione di antibiotici ad ampio spettro.

Inizialmente i ricercatori hanno valutato gli effetti della somministrazione giornaliera di S. boulardii e C. albicans nei modelli con colite indotta da DSS.

• C. albicans, come preventivato, ha comportato un significativo peggioramento della colite al giorno 7 caratterizzato da perdita di peso, riduzione del colon, aumento dell’indice di attività di malattia e dei livelli di lipocaina
• S. boulardii al contrario ha mostrato effetti antiinfiammatori migliorando la maggior parte dei sintomi associati a colite e i livelli di lipocaina

Come anticipato, per esplorare il ruolo del microbiota batterico nella modulazione degli effetti indotti da funghi in condizione di colite, i modelli sono stati trattati giornalmente o con S. boulardii o con C. albicans e con un mix di antibiotici ad ampio spettro per 7 giorni prima di indurgli la colite con DSS.

• Il cocktail di antibiotici ha protetto completamente i modelli trattati dallo sviluppo di colite eliminando anche l’impatto dei funghi
• Il gruppo di controllo al contrario ha presentato un fenotipo di colite severo con marcata sintomatologia
• Le analisi del microbiota hanno dimostrato un notevole effetto del mix antibiotico sulla biodiversità e composizione batterica con significativa riduzione di Firmicutes e Bacteroidetes abbinata a proliferazione di Proteobacteria, Enterobacteriaceae in particolare

Nel complesso questo primo set di risultati dimostra come alcuni componenti del microbiota batterico siano necessari per lo sviluppo di colite e come, in loro mancanza, il fenotipo patologico non è influenzato dalla componente micotica.

La vancomicina protegge da colite indotta da DSS, non la colistina

Al fine di valutare quale fosse nello specifico la popolazione batterica che influenza lo stato di colite sono stati introdotti due antibiotici, vancomicina e colistina, specifici rispettivamente per gram positivi ed Enterobacteriaceae.

Solo il trattamento con vancomicina ha presentato benefici simili al cocktail ad ampio spettro mentre colistina non ha portato modificazioni in termini di severità della patologia rispetto al gruppo di controllo andando perciò a confermare come certi gram + vadano a contribuire allo sviluppo di colite.

Si è passato poi ad analizzare gli effetti di vancomicina e colistina nel microbiota intestinale.

• Com’era ragionevole supporre, il trattamento con vancomicina ha indotto un decremento di batteri gram + appartenenti ad esempio alle famiglie Lachnospiraceae e Ruminococcaceae
• Vancomicina ha comportato una maggiore riduzione di alpha diversity rispetto sia a colistina che al gruppo di controllo
• Il trattamento con colistina ha impattato debolmente sulla diversità batterica ad eccezione di Enterobacteriaceae
• Vancomicina ha comportato la formazione di cluster batterici distinti andando a modificare quindi la beta diversity, parametro debolmente influenzato invece da colistina

Gli antibiotici alterano composizione e diversità micotica durante la colite

Volendo testare gli effetti di determinati trattamenti antibatterici sulla popolazione micotica durante una situazione di colite, dopo il trattamento con vancomina o colistina, è stato comparato il microbiota micotico dei due gruppi includendo anche il gruppo di controllo.

La colonizzazione micotica è apparsa omogenea in tutti i gruppi indipendentemente dalle varie tempistiche di analisi mostrando come sia la vancomicina che la colistina non presentino effetti antimicotici diretti.

Dalla valutazione della struttura del microbiota micotico sono tuttavia emerse notevoli differenze tra i gruppi.

• L’alpha diversity si è mostrata notevolmente incrementata nel gruppo trattato con vancomicina rispetto agli altri due
• La beta diversity è risultata alterata solo nel gruppo con vancomina
• Nel gruppo trattato con colistina, ai giorni 7 e 12 è stato registrato un forte decremento di Ascomycota al contrario di quanto osservato nei modelli con vancomicina
• Vancomicina ha indotto la quasi totale deplezione di Basidiomycota

La connessione funzionale tra popolazione batterica e micotica a livello intestinale risulta quindi confermata.

Il trattamento con colistina induce alterazioni tra la correlazione dell’abbondanza relativa della componente batterica e di quella micotica

Per indagare ulteriormente le interazioni batteri-funghi, i ricercatori hanno rilevato le correlazioni tra le abbondanze relative dei taxa a livello di genere e famiglia sotto i consueti trattamenti antibiotici e in comparazione con i modelli non trattati.

Nel complesso, la presenza di batteri sensibili a colistina influenza notevolmente le interazioni tra microbioti a livello intestinale.

I funghi, per esercitare i loro effetti in condizioni di colite, necessitano di uno specifico corredo batterico

Dalla valutazione di quali siano nel dettaglio i batteri a impattare sugli effetti micotici in situazione di colite è emerso che:

• Sotto il trattamento con vancomicina tutti i modelli di quel gruppo sono stati protetti dall’insorgenza di colite suggerendo come i gram + siano necessari per il suo sviluppo indipendentemente dalla presenza o meno di funghi
• Nel gruppo trattato con colistina invece, né S. boulardii né C. albicans hanno mostrato di influenzare la severità della colite e, in generale, i sintomi correlati

Gli effetti positivi di S. boulardii e negativi di C. albicans sulla colite dipendono dunque dalla presenza di batteri colistina-sensibili, più probabilmente Enterobacteriaceae.

Il supplemento di E. coli ristabilisce gli effetti dei funghi in modelli di colite trattati con colistina

In linea con le conclusioni sopra presentate, i ricercatori hanno voluto testare se la famiglia Enterobacteriaceae fosse necessaria per modulare la severità della colite andando ad integrare nel gruppo in trattamento con colistina un ceppo resistente all’antibiotico, ovvero E. coli MCR1 al fine di ripopolare l’ecosistema intestinale.

• La sola amministrazione di E. coli ha comportato il ripristino sia degli effetti positivi del lievito S. boulardii sia di quelli negativi portati da C. albicans
• Al giorno 7, i modelli trattati con C. albicans ed E. coli hanno registrato i maggiori livelli di lipocaina e di citochine pro-infiammatorie nel colon rispetto a quelli con supplemento di S. boulardii
• S. boulardii in associazione a E. coli ha comportato un miglioramento nei parametri di lunghezza del colon

Per determinare i potenziali effetti di E. coli sul grado di colonizzazione dei due lieviti in vivo è stata quantificata l’espressione di entrambi i miceti senza e con E. coli.

Il solo supplemento di E. coli ha promosso la proliferazione di entrambi in particolare durante la fase di esposizione a DSS.

Enterobacteriaceae si è quindi dimostrata necessaria per veicolare sia gli effetti positivi che negativi dei funghi in un contesto di infiammazione intestinale.

Enterobacteriaceae permettono di mantenere la carica micotica nell’intestino

Infine, per esaminare il ruolo dei batteri appartenenti alla famiglia Enterobacteriaceae nel benessere generale dell’ecosistema micotico, sono stati somministrati entrambi i lieviti in modelli però privi di colite ma ugualmente trattati rispettivamente con vancomicina o colistina.

• Sotto trattamento con vancomicina si è registrato un aumento di Enterobacteriaceae
• Anche i livelli di S. boulardii e C. albicans hanno raggiunto i massimi livelli di espressione durante il trattamento giornaliero con vancomicina. Dopo la sua sospensione tuttavia, mentre la curva di concentrazione per C. albicans è rimasta pressoché stabile, quella di S. boulardii ha subito un rapido decremento

Traendo le conclusioni di questo ampio studio possiamo dunque affermare come i batteri della famiglia Enterobacteriaceae cooperino con la componente micotica nel modulare la colonizzazione intestinale anche in occasione di infiammazione intestinale.

Benché in attesa di ulteriori approfondimenti, queste nuove evidenze relative alla correlazione “intra-regno”, ovvero tra batteri e funghi, aprono la strada alla possibilità di mettere a punto approcci terapeutici misti nel trattamento di patologie infiammatorie o infezioni intestinali.