La ricerca sul microbioma scopre una nuova forma di tolleranza agli antibiotici

Gli antibiotici possono facilitare il lavoro delle infezioni. Ma come influiscono sui complessi ecosistemi di batteri amici che compongono il nostro microbioma?

"Quando un medico prescrive antibiotici, crea un esperimento multiforme nel tuo sistema gastrointestinale, " spiega Will Ludington di Carnegie "Cosa può insegnarci questo sui principi molecolari delle interazioni tra specie in natura?"

Nuovo lavoro condotto da Ludington e K.C. della Stanford University. Huang ha deciso di rispondere a questa domanda impegnativa e ha scoperto una nuova forma di tolleranza agli antibiotici. Le loro scoperte, che hanno importanti implicazioni per la salute, sono pubblicati da eLife .

Questo è uno dei numerosi fronti di ricerca su cui Ludington utilizza il microbioma del moscerino della frutta per comprendere le interazioni tra le specie in una comunità batterica. Rappresenta un ambiente ideale per sondare sia le popolazioni batteriche naturali che il microbioma umano.

Il microbioma umano è un ecosistema di centinaia o migliaia di specie microbiche che vivono nel nostro intestino. Colpisce la nostra salute e anche la nostra longevità. Ma è difficile spiegare la miriade di modi in cui le diverse specie che compongono il nostro microbioma interagiscono e si influenzano a vicenda, anche in condizioni normali. Una volta introdotti gli antibiotici, si sa poco di come queste comunità vitali siano influenzate a livello biochimico.

Questo è il motivo per cui il moscerino della frutta è un modello così eccellente. A differenza del microbioma umano, consiste solo di una manciata di specie batteriche.

Volevamo davvero capire come il targeting di un antibiotico di specifici processi fisiologici influisca sulle interazioni metaboliche e sulla condivisione delle risorse che si verificano tra le specie batteriche all'interno di una comunità. Ciò è particolarmente importante perché in natura i batteri vivono in comunità diverse".

Andrés Aranda-Díaz, autore principale della Stanford University

La semplicità del microbioma del moscerino della frutta lo rende il veicolo perfetto per rivelare come questa interazione biochimica multispecie sia alterata dall'introduzione di antibiotici.

"Abbiamo scoperto che le interazioni tra le specie nell'ecosistema del microbioma intestinale influenzano l'efficacia degli antibiotici nell'uccidere una singola specie all'interno di questa comunità, così come il metabolismo dell'intera comunità, " disse Huang.

I ricercatori hanno dimostrato che quando un tipo di batterio del microbioma del moscerino della frutta, chiamato Lactobacillus - che si trova anche nello yogurt - viene coltivato insieme a un batterio della mosca che produce aceto chiamato Acetobacter, è meno suscettibile alla morte per antibiotici.

Questa è una nuova categoria di un fenomeno chiamato tolleranza agli antibiotici, il che significa che le cellule muoiono molto più lentamente quando vengono trovate insieme rispetto a quanto farebbero da sole. La tolleranza può essere pericolosa, perché questo ritardo aumenta il rischio che si sviluppi una resistenza completa all'antibiotico.

"Normalmente, la tolleranza si verifica quando una cellula rallenta il suo metabolismo in risposta all'esposizione agli antibiotici, " spiegò Ludington. "Ma in questo caso, la tolleranza è in realtà associata ad un aumento del metabolismo."

Si scopre che gli Acetobacter consumano l'acido lattico che viene escreto come prodotto di scarto dal vicino Lactobacillus, fornendo un vantaggio di idoneità a entrambe le specie e innescando la tolleranza scoperta dal team.

"Non sappiamo ancora esattamente come accada, ma pensiamo che le due specie batteriche "sappiano" entrambe quando l'altro tipo di cellula è presente e rispondono in modo appropriato, " ha detto Benjamin Obadia di UC Berkeley. "Questi meccanismi sono probabilmente evoluti dal vivere insieme, e non li avremmo visti se avessimo studiato le due specie in isolamento".

Il lavoro del team mostra che il microbioma può essere uno strumento importante per comprendere le relazioni all'interno delle comunità di batteri nel mondo naturale a livello biochimico.

"Illustra anche che la salute del microbioma intestinale dovrebbe essere presa in considerazione ogni volta che vengono prescritti antibiotici, " ha aggiunto Ludington.

Studiare i principi che governano le interazioni specie-specie è fondamentale per comprendere così tanto sugli ecosistemi grandi e piccoli e il microbioma è uno strumento fondamentale per esplorare queste domande.

Un'altra collaborazione recentemente pubblicata tra Ludington, Huang, e un altro ricercatore di Stanford, la biologa Lucy O'Brien, ha sviluppato una nuova tecnologia per visualizzare le viscere dei moscerini della frutta viventi. chiamato Bellymount, ha permesso loro di osservare per la prima volta singole cellule batteriche nell'intestino di un moscerino della frutta vivente.

"Osservando il microbioma in tempo reale, siamo stati in grado di misurarne la dinamica, " ha detto Ludington del loro giornale, apparso su PLOS Biology.

Il team di ricerca ha scoperto che regioni specifiche dell'intestino hanno un'elevata stabilità del microbioma e altre hanno un ricambio continuo. Ciò indica che ci sono strutture nell'intestino del moscerino della frutta che mantengono la colonizzazione e apre la porta alla possibilità che i moscerini della frutta possano aver evoluto queste strutture per mantenere i loro microbiomi.

"Ora abbiamo il potere di intercettare effettivamente le "conversazioni" che si verificano tra i batteri del microbioma, e le cellule intestinali nel loro ambiente circostante, " ha detto Huang

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