La maggior parte di ciò che sappiamo sulla colonizzazione batterica dell'intestino proviene da studi con batteri patogeni in modelli di laboratorio o contesti di malattia altamente artificiali. Modelli sperimentali standard, che si concentrano sulle infezioni da batteri patogeni e sul trattamento antibiotico continuo, non hanno rilevato il trasferimento genico orizzontale guidato dai fagi (HGT) e suggeriscono che i batteri che colonizzano l'intestino si evolvono principalmente attraverso l'accumulo di mutazioni. In una scoperta sorprendente, il lavoro dei ricercatori dell'IGC ora mostra che HGT, non mutazioni, è il primo meccanismo evolutivo che guida il ritmo e l'esito dell'evoluzione batterica in un intestino sano.
Escherichia coli è un comune colonizzatore dell'intestino umano nonché un potenziale agente patogeno. L'esito della colonizzazione è fortemente influenzato dalle diverse velocità e modalità di evoluzione di questo batterio opportunista. E. coli può evolvere attraverso mutazioni, che vengono poi ereditati dalle cellule figlie, o attraverso un processo di ricombinazione, cioè sesso batterico, in cui il materiale genetico è condiviso tra individui non imparentati. Nel topo e nell'intestino umano, questo trasferimento di materiale genetico coinvolge batteriofagi temperati (fagi), virus che infettano i batteri e si integrano nel cromosoma batterico come profagi, un processo chiamato lisogenia. I profagi possono successivamente districare se stessi (e le loro informazioni genetiche) dal DNA batterico e infettare altri batteri nel microbioma intestinale.
Nelson Frazao, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Isabel Gordo e autore junior dello studio, dice:"i fagi spesso classificati come particelle egoiste rivelano il loro lato altruistico nell'intestino, fornendo un vantaggio metabolico al loro ospite batterico per conquistare e colonizzare l'intestino". Il materiale genetico fagico che viene trasferito consente ai batteri di accedere a specifiche fonti di carbonio presenti nell'intestino, che fornisce un vantaggio di fitness ai batteri invasori portatori di fagi (lisogenici).
Abbiamo scoperto che il modello di evoluzione classico non si applica, e infatti il trasferimento genico orizzontale prevale notevolmente sul contributo dell'evoluzione attraverso l'accumulo di mutazioni nell'intestino di un topo sano".
Isabella Gordo, investigatore
"Con questo lavoro, ora capiamo meglio come funziona l'evoluzione nella normalità, ospiti sani", dice Nelson Frazão, autore junior della pubblicazione.
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