Il microbiota intestinale modella direttamente la struttura del sistema immunitario umano,

mostra studio I ricercatori di MSK hanno scoperto un'importante scoperta sulla relazione tra il microbiota e il sistema immunitario, mostrando per la prima volta che la concentrazione di diversi tipi di cellule immunitarie nel sangue cambia in relazione alla presenza di diversi ceppi batterici nell'intestino.

Negli ultimi anni, il microbiota - la comunità di batteri e altri microrganismi che vivono sul e nel corpo umano - ha catturato l'attenzione degli scienziati e del pubblico, in parte perché è diventato più facile studiare. È stato collegato a molti aspetti della salute umana.

Un team multidisciplinare del Memorial Sloan Kettering ha dimostrato per la prima volta che il microbiota intestinale modella direttamente la struttura del sistema immunitario umano.

Nello specifico, la loro ricerca ha dimostrato che la concentrazione di diversi tipi di cellule immunitarie nel sangue è cambiata in relazione alla presenza di diversi ceppi batterici nell'intestino.

I risultati del loro studio, che ha utilizzato più di dieci anni di dati raccolti da più di 2, 000 pazienti, viene pubblicato il 25 novembre 2020, in Natura .

"La comunità scientifica aveva già accettato l'idea che il microbiota intestinale fosse importante per la salute del sistema immunitario umano, ma i dati che hanno usato per fare questa ipotesi provenivano da studi sugli animali, ", afferma Joao Xavier, biologo dei sistemi dello Sloan Kettering Institute, co-autore senior del documento insieme al suo ex postdoc Jonas Schluter, che ora è assistente professore alla NYU Langone Health. "In MSK, abbiamo una straordinaria opportunità di seguire come cambia la composizione del microbiota nelle persone trattate per i tumori del sangue, " aggiunge il dottor Saverio.

Un sistema unico per studiare i cambiamenti nel corpo

I dati utilizzati nello studio provenivano da persone che hanno ricevuto cellule staminali allogeniche e trapianti di midollo osseo (BMT). Dopo che una forte chemioterapia o radioterapia viene utilizzata per distruggere le cellule del sangue cancerose, il sistema ematopoietico del paziente viene sostituito con cellule staminali di un donatore.

Per le prime settimane fino a quando le cellule del sangue del donatore, compresi i globuli bianchi che costituiscono il sistema immunitario, si sono stabilizzate, i pazienti sono estremamente vulnerabili alle infezioni. Per proteggerli in questo periodo, ai pazienti vengono somministrati antibiotici.

Ma molti di questi antibiotici hanno l'effetto collaterale indesiderato di distruggere il microbiota sano che vive nell'intestino, permettendo a ceppi pericolosi di prendere il sopravvento. Quando il sistema immunitario del paziente si è ricostituito, gli antibiotici sono sospesi, e il microbiota intestinale inizia lentamente a ricrescere.

"I recuperi paralleli del sistema immunitario e del microbiota, entrambe danneggiate e poi restaurate, ci offre un'opportunità unica per analizzare le associazioni tra questi due sistemi, " dice il dottor Schluter.

Uno sforzo lungo anni per trovare risposte

Da più di dieci anni, i membri del servizio BMT di MSK hanno regolarmente raccolto e analizzato campioni di sangue e feci dei pazienti durante tutto il processo di BMT. Il DNA batterico è stato processato dal personale del Lucille Castori Center for Microbes di MSK, Infiammazione, e Cancro, che ha svolto un ruolo chiave nella creazione dell'enorme set di dati sul microbiota.

Il nostro studio mostra che possiamo imparare molto dalle feci, campioni biologici che verrebbero letteralmente gettati nel water. Il risultato della loro raccolta è che abbiamo un set di dati unico con migliaia di punti dati che possiamo usare per porre domande sulle dinamiche di questa relazione ."

João Saverio, Co-autore senior dello studio e biologo dei sistemi, Istituto Sloan Kettering

Questo sforzo più ampio è stato guidato da Marcel van den Brink, Capo della Divisione di Neoplasie Ematologiche, e un team di specialisti in malattie infettive, medici BMT, e scienziati. "Per un discreto numero di pazienti, abbiamo raccolto campioni giornalieri in modo da poter davvero vedere cosa stava succedendo giorno per giorno, "Il dottor van den Brink afferma. "I cambiamenti nel microbiota sono rapidi e drammatici, e non c'è quasi nessun altro ambiente in cui potresti vederli."

La ricerca precedente che utilizzava campioni raccolti da questo lavoro ha esaminato come il microbiota intestinale influisce sulla salute dei pazienti durante il processo di BMT.

Uno studio pubblicato nel febbraio 2020 ha riportato che avere una maggiore diversità di specie nel microbiota intestinale è associato a un minor rischio di morte dopo un BMT.

Ha anche scoperto che avere una minore diversità del microbiota prima del trapianto ha comportato una maggiore incidenza di malattia del trapianto contro l'ospite, una complicazione potenzialmente fatale in cui le cellule immunitarie del donatore attaccano i tessuti sani.

Nuovi indizi su una relazione complicata

La banca dati creata dal team MSK contiene dettagli sui tipi di microbi che vivono nelle viscere dei pazienti in vari momenti. Il team di calcolo, compresi i dott. Schluter e Saverio, quindi ha utilizzato algoritmi di apprendimento automatico per estrarre i record sanitari elettronici alla ricerca di dati significativi.

I dati delle cartelle cliniche includevano i tipi di cellule immunitarie presenti nel sangue, informazioni sui farmaci somministrati ai pazienti, e gli effetti collaterali sperimentati dai pazienti. "Questa ricerca potrebbe eventualmente suggerire modi per rendere i BMT più sicuri regolando più da vicino il microbiota, " dice il dottor van den Brink.

Analizzare così tanti dati è stata un'impresa enorme. Dottor Schluter, che all'epoca era un borsista post-dottorato nel laboratorio del dottor Xavier, sviluppato nuove tecniche statistiche per questo.

"Poiché gli esperimenti con le persone sono spesso impossibili, ci rimane quello che possiamo osservare, "Dice il dottor Schluter. "Ma poiché abbiamo così tanti dati raccolti in un periodo di tempo in cui il sistema immunitario dei pazienti e il microbioma cambiano drasticamente, possiamo iniziare a vedere i modelli. Questo ci dà un buon inizio per comprendere le forze che il microbiota esercita sulla ricostruzione del sistema immunitario".

"Lo scopo di questo studio non era dire se alcuni tipi di microbi sono "buoni" o "cattivi" per il sistema immunitario, "Il dottor Xavier spiega, aggiungendo che questo sarà al centro della ricerca futura. "È una relazione complicata. I sottotipi di cellule immunitarie che vorremmo aumentare o diminuire variano di giorno in giorno, dipende da cos'altro sta succedendo nel corpo. L'importante è che ora abbiamo un modo per studiare questo complesso ecosistema".

I ricercatori affermano che intendono anche applicare i loro dati allo studio del sistema immunitario nei pazienti che ricevono altri trattamenti contro il cancro.

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