Le interazioni tra i batteri e il modo in cui influenzano la salute intestinale
Il nostro tratto gastrointestinale è ricoperto da uno strato di muco che protegge l’organismo dagli agenti patogeni invasivi, facilitando inoltre le interazioni simbiotiche con i batteri commensali; questi microrganismi sono un elemento vitale del microbioma intestinale umano e contribuiscono allo svolgimento di varie funzioni, quali la digestione, l’assorbimento dei nutrienti e lo sviluppo del sistema immunitario. «Questo strato di muco è costituito da diversi tipi di grandi proteine muciniche (una famiglia proteica che svolge un ruolo cruciale nella formazione e nel mantenimento del muco), decorate con complesse molecole di zucchero», spiega Karin Strijbis(si apre in una nuova finestra), coordinatrice del progetto Bac2MUC e ricercatrice presso l’Università di Utrecht(si apre in una nuova finestra), nei Paesi Bassi. «Le modalità con cui i batteri interagiscono con queste proteine muciniche decorate con zuccheri e le conseguenze funzionali di queste interazioni per la salute e le malattie intestinali sono ancora in gran parte sconosciute.»
Identificare le funzioni delle mucine
L’obiettivo di Bac2MUC, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), era quello di identificare i batteri patogeni e commensali che interagiscono con specifiche glicoproteine della mucina; per di più, il progetto si era proposto di determinare le funzioni delle mucine nella prevenzione delle infezioni e nel mantenimento della salute intestinale. «Per studiare le funzioni delle mucine, abbiamo coltivato in laboratorio colture epiteliali intestinali in cui si trovavano le corrette proteine muciniche presenti nell’intestino tenue e in quello crasso», spiega Strijbis. «Abbiamo inoltre ingegnerizzato le nostre cellule in modo che fossero prive di una mucina utilizzando la tecnologia di editing genetico nota come CRISPR.» L’editing genetico CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, ovvero brevi ripetizioni palindrome aggregate regolarmente distanziate) consente agli scienziati di modificare il DNA degli organismi viventi utilizzando una «forbice molecolare» per tagliare il DNA in punti selezionati previamente. Questa tecnica viene utilizzata per correggere mutazioni genetiche, disattivare geni o addirittura inserirne di nuovi. «Molti batteri intestinali non possono crescere e prosperare in presenza di ossigeno, per cui la maggior parte dei nostri esperimenti è stata condotta in una camera anaerobica», osserva Strijbis. «Abbiamo eseguito esperimenti di adesione e invasione e visualizzato le interazioni tra batteri e mucine utilizzando la microscopia confocale a fluorescenza.» La microscopia confocale a fluorescenza, che utilizza etichette fluorescenti per visualizzare campioni biologici ad alta risoluzione, permette agli scienziati di osservare in dettaglio le strutture e i processi cellulari.
Ruoli essenziali per il mantenimento della salute intestinale
Il team del progetto è riuscito a dimostrare che le mucine rivestono un ruolo essenziale nel mantenimento della salute intestinale e che le interazioni tra esse e i batteri sono altamente specifiche. Ad esempio, agenti patogeni come la Salmonella hanno sviluppato fattori di virulenza specifici per dirottare le mucine verso l’invasione; commensali come i bifidobatteri colonizzano lo strato di muco e scindono gli zuccheri della mucina per nutrirsi, ma rafforzano al tempo stesso le funzioni della barriera intestinale. «Le nuove conoscenze sulle interazioni molecolari tra batteri e mucine possono apportare benefici per la salute umana in diversi modi», afferma Strijbis. «Per quanto riguarda gli agenti patogeni, possiamo sviluppare strategie volte a bloccare la loro interazione affinché non possano più invadere l’organismo dalla superficie della mucosa, mentre per quanto concerne i commensali è importante sapere quali batteri possono ripristinare la salute delle funzioni di cui è dotata la barriera intestinale, ad esempio per i pazienti che soffrono di permeabilità o di malattie infiammatorie dell’intestino.»
Rilevanza per la salute e le malattie umane
Strijbis ritiene che il progetto abbia contribuito a mettere in evidenza l’importanza del ruolo rivestito dalle mucine nella salute umana. «Nel mio gruppo continueremo a svelare interazioni specifiche tra batteri e mucine e la loro importanza per la salute e le malattie umane», aggiunge. «In collaborazione con un team di gastroenterologi, stiamo attualmente studiando i cambiamenti nelle mucine e nelle proprietà del muco in presenza di malattie infiammatorie intestinali e stiamo verificando la possibilità che specifici batteri commensali possano ripristinare la salute dell’intestino.»
