Batteri intestinali: il sorprendente impatto dei virus

Il microbioma svolge un ruolo fondamentale per la salute. Uno studio recente ha studiato come i virus che uccidono i batteri intestinali influenzano questi microbi. I risultati rendono un quadro già complicato molto di più.

I batteriofagi (qui raffigurati) sono più numerosi dei batteri.

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Il microbioma è allo stesso tempo affascinante e alla moda.

L'aumento dell'interesse pubblico ha fornito una spinta ai finanziamenti per studiare le interazioni tra noi e i nostri batteri intestinali.

Gli scienziati hanno ora trovato relazioni tra il microbioma e una serie di condizioni, dal diabete e l'obesità al morbo di Parkinson e alla depressione.

Grazie all'alto profilo dei batteri intestinali, gli scaffali dei negozi di alimentari sono ora pieni di prodotti probiotici.

Nonostante la loro ampia disponibilità e popolarità, tuttavia, ci sono poche prove che suggeriscano che forniscono molti benefici al di fuori di un piccolo numero di condizioni specifiche.

Sebbene gli scienziati sappiano che i microbi dentro di noi sono vitali, progettare un modo per moderarli per migliorare la salute e combattere le malattie è ancora molto lontano.

La ragione principale di ciò è l'abbagliante complessità del microbioma. Non è un'unica entità omogenea, ma un mondo di esseri microscopici che interagiscono, influenzano e inibiscono i loro vicini, capaci di uccidersi, nutrirsi e comunicare tra loro.

Già, a questo punto, possiamo vedere le enormi difficoltà nel comprendere i dettagli del microbioma, ma alcuni ricercatori stanno esaminando il livello successivo di complessità: i batteriofagi.

Presentazione del batteriofago

I batteriofagi, o semplicemente fagi, sono virus che distruggono esclusivamente i batteri. Incredibilmente, i fagi sono più numerosi dei batteri; dove ci sono batteri, ci sono fagi in abbondanza.

Anche i fagi sono specifici; tendono a distruggere solo una specie o un ceppo di batteri. Prima dell'avvento degli antibiotici, gli scienziati usavano i fagi per combattere le infezioni. Tuttavia, quando i ricercatori hanno scoperto gli antibiotici, hanno preso il posto dei fagi; gli antibiotici erano più economici e più facili da produrre rispetto ai fagi.

Ora, con la resistenza agli antibiotici in aumento, alcuni ricercatori stanno rivisitando l'idea della terapia fagica.

Naturalmente, se i fagi uccidono i batteri, è probabile che influenzino il microbioma. I ricercatori del Brigham and Women’s Hospital e del Wyss Institute, entrambi a Boston, MA, sono interessati a sapere esattamente come questi virus abbondanti potrebbero avere un impatto sui nostri batteri intestinali. Hanno pubblicato i risultati del loro studio più recente sulla rivista Host cellulare e microbo.

“Uno dei principali interessi nel mio laboratorio è comprendere i cambiamenti nelle dinamiche del microbioma intestinale. I batteriofagi sono una componente enorme del microbioma ma non sono stati ancora studiati molto ".

L'autore senior dello studio, il dott. Georg Gerber

Cosa stanno combinando i fagi?

Sebbene sappiamo che i fagi sono abbondanti nell'intestino, non sappiamo molto del loro comportamento.

"Alcune persone stanno esplorando la terapia dei fagi, utilizzando i fagi per uccidere i microbi", dice il dottor Gerber, "ma i fagi si trovano anche naturalmente nell'intestino, coesistendo con il resto dell'ecosistema. Volevamo scoprire cosa stanno facendo lì dentro ".

Per indagare, i ricercatori hanno utilizzato topi gnotobiotici; hanno allevato questi animali in modo tale da non avere batteri che vivono su di loro o al loro interno.

Per iniziare, hanno introdotto nei topi 10 specie di batteri che risiedono comunemente nell'intestino umano, tra cui Enterococcus faecalis e Escherichia coli.

Quindi, hanno aggiunto i fagi che mirano specificamente ai batteri che hanno trapiantato nei topi. Ad esempio, il fago T4 prende di mira E. colie gli attacchi dei fagi VD13 E. faecalis. Hanno quindi monitorato il successo di ogni microbo.

I fagi sono cacciatori specifici: ogni tipo uccide un solo tipo di batterio. Quindi, quando gli scienziati hanno introdotto un fago nei topi, avrebbero visto un declino in quel tipo di batteri. Tuttavia, l'impatto su altri batteri è stato più sorprendente.

Cambiamento diffuso

Gli scienziati hanno dimostrato che sebbene un dato fago attacca solo una specie di batteri, quel fago avrebbe un impatto anche su altre specie; alcune specie prosperarono mentre altre diminuirono.

Guardando al quadro più ampio, i ricercatori hanno anche valutato la serie di composti prodotti sia dai batteri che dal topo; questo è chiamato metaboloma.

Hanno scoperto che quando hanno introdotto un fago nei topi e la composizione batterica è cambiata, si sono verificati anche cambiamenti nei livelli di alcune sostanze chimiche biologicamente attive. Gli autori dello studio scrivono:

"I fagi possono modulare i metaboliti, che sono noti per influenzare l'ospite dei mammiferi."

In altre parole, un singolo ceppo di un virus può alterare il tipo o la quantità di molecole biologiche disponibili per l'animale ospite.

Possibilità future e molto altro lavoro

Il dottor Gerber non ha perso le ampie possibilità che questi risultati sollevano. Dice: "Questa scoperta mi affascina per il follow-up e solleva domande significative: possiamo usare i fagi per modulare queste attività? Potrebbe essere un intervento per condizioni, come la depressione, in cui vorresti cambiare i livelli dei neurotrasmettitori? "

Naturalmente, questo esperimento ha utilizzato un microbioma costruito artificialmente in un modello di roditore, il che rende difficile l'estrapolazione per l'uomo. Tuttavia, si è concentrato sull'ottenere una panoramica generale di come i fagi potrebbero influenzare una popolazione di batteri. Come scrivono gli autori dello studio:

"I topi gnotobiotici, colonizzati con una raccolta di batteri limitata e conosciuta ma ancora complessa, presentano un sistema modello attraente per caratterizzare in modo completo il comportamento dei fagi nell'ambiente intestinale".

Se i fagi apportano modifiche radicali a un microbioma di topo, è probabile che apportino cambiamenti anche nel microbioma umano. Le modifiche potrebbero essere diverse, ma il principio rimane.

Come abbiamo chiarito nell'introduzione, gli effetti del microbioma sono abbastanza difficili da comprendere prima che i fagi entrino in scena, quindi progettare un intervento medico sarà molto lontano. Tuttavia, questo certamente non rende i risultati meno interessanti o degni di essere perseguiti.

"Anche se non vengono utilizzati come terapia diretta, il nostro studio suggerisce che i fagi possono essere un buon strumento per comprendere i potenziali effetti di altre terapie che alterano il microbioma", conclude il dott. Gerber.