Microbioma umano
benigno ( e patogeno)
e interazione
con organismo
ospitante
Microbioma : batteri (non patogeni) e loro genomi:
rapporto con organismo umano
cellule batteriche molto più numerose delle cellule dell’organismo umano
Tutto l’organismo è colonizzato da varie specie di batteri:
pelle, bocca, faringe, vie respiratorie, appararato digerente,
tratto uro-genitale
Essendo l’utero normalmente privo di batteri, il neonato risulta pure privo
di batteri:viene colonizzato e acquista un proprio specifico microbioma al
momento del parto, durante l’allattamento, mediante i vari contatti con le
persone e gli oggetti dell’ambiente nel quale si sviluppa
Ogni specie di batterio commensale è caratterizzato da una particolare
versione di un gene per RNA ribosomiale (165): è possibile classificare
la popolazione batterica con le sue diverse specie in funzione di tale RNA
Il microbioma umano presenta circa 1000 specie diverse
con 3.3 milioni di geni (i geni umani sono circa 25.000)
Il microbioma è diverso in ogni individuo ( anche nei gemelli omozigotici)
I batteri benefici possono diventare pericolosi se vengono a trovarsi
in ambiente diverso da quello nel quale devono restare insediati(> setticemia..)
Bocca-faringe-sistema respiratorio
neisseria sicca, candida albicans,
streptococcus salivarius,
streptococcus viridans
Pelle > staphylococcus epidermidis-pityrosporum ovale
Tratto uro-genitale > ureoplasma parvum-corynebacterium aurimucosum
Stomaco- intestino
helicobacter pylori - bacteroides fragilis- streptococcus thermophilus
lactobacillus casei-lactobacillus gasseri- escherichia coli
bacteroides thetaiotaomicron
Alcuni problemi oggetto di ricerca e parziale soluzione
* Quali geni dei batteri sono attivi e quali a funzioni partecipano ?
Anni ottanta:
l’organismo umano necessita di vitamina B12 per varie funzioni e sintesi
solo i batteri sintetizzano gli enzini necessari per tale sintesi
i batteri intestinali degradano sostanze indigerite presenti nell’intestino
due batteri in particolare intervengono nella digestione e regolazione
dell’appetito (helicobacter pylori, thetaiotaomicron)
Batterio tetraiotaomicron : possiede vari geni per sintetizzare enzini
capaci di trasformare polisaccaridi indigeriti in glucidi semplici assorbibili
( a livello intestinale) assimilabili dall’organismo umano.
Esperimento su topi (2005)
In topi privati di microbioma e dotati solo di tetraiotamicron
i batteri producono la fermentazione dei polisaccaridi originando acidi grassi
a catena corta che i topi utilizzano come nutrimento e aumento di peso
topi senza microbioma devono introdurre più alimento per raggiungere
lo stesso aumento in peso
Anni ottanta: helicobacter pylori
Batterio adatto per ambienti molto
acidi ,pH<< 7 come nello stomaco
acido per HCl secreto
Fatto: uso prolungato di farmaci antinfiammatori
non steroidei produce ulcere peptiche:alla loro
comparsa collaborano gli helicobacter ?
Trattamento con antibiotici riduce al 50% le
ulcere confermando la ipotesi
Problema: nella maggior parte delle persone, sane, che funziona esplica ?
Regolazione della acidità gastrica ottimale per batterio e organismo : come?
Il batterio possiede un gene , cagA , che produce una proteina che riduce la
secrezione di HCl se la acidità aumenta in modo pericoloso
nelle persone suscettibili il gene cagA può avere effetti collaterali che
portano alla comparsa delle ulcere
Anni 2000-2011..:helicobacter pylori come regolatore dell’appetito…
Lo stomaco produce due ormoni:
grelina: stimola a introdurre alimenti (mediatore cervello)
leptina: riduce il bisogno di alimentazione (mediatore cervello)
osservazioni e interpretazione
dopo un pasto, in presenza di helicobacter, diminuisce la concentrazione
di grelina; tale diminuzione è minima in assenza di helicobacter: come la
presenza di helicobacter influenza tale risultato ?
gruppo di militari trattati con antibiotici per eliminare helicobacter
aumentano in peso più che altro gruppo non trattato con antibiotici:
introducono più alimenti perché provano meno il senso si sazietà,
e la grelina rimane alta?
grelina
Variazione del microbioma umano per variazione indotte da ambiente
Bambini americani moderni , 6% dotati di helicobacter ( da 80% precedenti)
Effetto del trattamento antibiotico frequente (otite media) > obesità aumenta?
Variazioni del microbioma influenzano differenziazione cellule staminali poco
specializzate, trasformandole in cellule adipose, muscolari, ossee ?
Diminuzione occasione di colonizzazione (parto cesareo,
meno fratellini e rapporti e contatti..?
Impoverimento e variazione del microbioma individuale?
Microbioma e interazione con sistema immunitario ?
Problema :perché il sistema immunitario non considera come estranee
all’organismo le cellule batteriche che lo colonizzano?
In genere le cellule T (citotossiche) riconoscono come estranee le cellule
batteriche che penetrano nell’organismo e tendono alla loro eliminazione:
la loro attività è in parte regolata da altre cellute T (soppressore) prodotte
al momento opportuno per evitare danni all’organismo prodotti da
eccesso di sostanze emesse dalle cellule T (citotossiche):
questo avviene mediante proteine immesse nell’ambiente
e interagenti con i recettori delle cellule T (citotossiche)
citotossica
Batterio patogeno
regolatrice
Il batterio bacteroides fragilis sembra intervenire per mantenere l’equilibrio
tra le cellule T citotossiche e le cellule T regolatrici
Esperimento: topi privi di germi presentano un sistema immunitario difettoso,
con ridotta attività delle cellule T regolatrici: introducendo bacteriodes f.
si ristabiliva equilibrio tra T citotossche e T regolatrici con normalizzazione
del sistema immunitario
Citotossiche >>> regolatrici
difettoso
Sistema immunitario
normale
Citotossiche .. regolatrici
Osservazioni e interpretazione
Bacteriodes fragilis presenta tra le altre, un polisaccarride (A), che
permette al sistema immunitario di rilevare la presenza del batterio:
viene promossa una maggior produzione di cellule T regolatrici che
inducono le cellule T citotossiche a ignorare il batterio fornito di A:
un ceppo batterico privato del polisaccarride A non riesce a sopravvivere:
viene aggredito ed eliminato dalle cellule citotossiche.
Bacteriodes fragilis
Bacteriodes fragilis
Citotossica T
Regolatrice T
Possibili altre simili interazioni tra sistema immunitario e microbioma ???
