Uno studio pubblicato oggi su Cellula descrive una forma di "comunicazione interspecie" in cui i batteri secernono una molecola specifica - l'ossido nitrico - che consente loro di comunicare e controllare il DNA dei loro ospiti, e suggerisce che la conversazione tra i due potrebbe influenzare ampiamente la salute umana.
I ricercatori della Case Western Reserve University School of Medicine, Ospedali universitari Cleveland Medical Center, e la Harvard Medical School hanno monitorato l'ossido nitrico secreto dai batteri intestinali all'interno di minuscoli vermi (C. elegans, un comune modello di laboratorio sui mammiferi). Ossido nitrico secreto dai batteri intestinali attaccati a migliaia di proteine ospiti, cambiando completamente la capacità di un verme di regolare la propria espressione genica.
Lo studio è il primo a dimostrare che i batteri intestinali possono attingere alle reti di ossido nitrico onnipresenti nei mammiferi, compresi gli umani. L'ossido nitrico si lega alle proteine umane in modo attentamente regolato - un processo noto come S-nitrosilazione - e le interruzioni sono ampiamente implicate in malattie come l'Alzheimer, Parkinson, asma, diabete, cardiopatia, e cancro.
I risultati suggeriscono che l'ossido nitrico è un meccanismo generale attraverso il quale i batteri intestinali possono comunicare con gli ospiti dei mammiferi. Il lavoro precedente per districare le linee di comunicazione da e verso i batteri intestinali si è concentrato principalmente su molecole rare che i batteri secernono. Le nuove scoperte sono simili alla scoperta di un linguaggio chimico comune tra le specie, al contrario di singole parole, ha affermato l'autore senior Jonathan Stamler, dottore, direttore dell'Institute for Transformative Molecular Medicine presso la Case Western Reserve University School of Medicine e presidente dell'Harrington Discovery Institute presso l'University Hospitals Cleveland Medical Center. "C'è un'enorme complessità nell'intestino, e molti ricercatori sono alla ricerca della prossima sostanza insolita prodotta da un batterio che potrebbe influire sulla salute umana, " dice. Con trilioni di batteri nell'intestino medio, Stamler decise di cercare un linguaggio comune che tutte le specie batteriche potessero usare. "L'enormità della popolazione di batteri intestinali e la sua relazione con l'ospite predice che ci saranno mezzi generali per comunicare che noi umani possiamo riconoscere".
I ricercatori hanno dimostrato il fenomeno alimentando vermi in via di sviluppo batteri che producono ossido nitrico. Hanno quindi selezionato una proteina molto importante:la proteina argonauta, o ALG-1 - che è altamente conservato dai vermi agli umani e silenzia i geni non necessari, compresi i geni critici per lo sviluppo. Quando l'ossido nitrico secreto dai batteri attaccati ad ALG-1, svilupparono organi riproduttivi malformati e morirono. Troppo ossido nitrico dai batteri ha comandato le proteine di silenziamento del DNA dei vermi e ha compromesso lo sviluppo sano.
"In pratica, gli animali non permetteranno che ciò accada, " disse Stamler. Invece, gli autori ipotizzano che un ospite di mammifero al di fuori di un ambiente di laboratorio si adatterà per adattarsi ai cambiamenti dei livelli di ossido nitrico. Ha detto Stamler, "Il verme sarà in grado di smettere di mangiare i batteri che producono l'ossido nitrico, o inizierà a mangiare diversi batteri che producono meno ossido nitrico, o cambiare il suo ambiente, o innumerevoli altri adattamenti. Ma per lo stesso motivo, troppo ossido nitrico prodotto dal nostro microbioma può causare malattie o problemi di sviluppo nel feto".
Lo studio si aggiunge a un numero crescente di prove che i batteri che vivono nell'intestino, determinata dalla dieta e dall'ambiente, hanno un'enorme influenza sulla salute dei mammiferi. Stamler immagina che l'ossido nitrico possa rappresentare un'opportunità per manipolare questa relazione simbiotica. Proprio come i probiotici sono progettati per migliorare la digestione, è concepibile inoculare l'intestino di una persona con batteri per migliorare la segnalazione dell'ossido nitrico. "Ora penso a questo terapeuticamente, come droga. Ci sono enormi opportunità di manipolare l'ossido nitrico per migliorare la salute umana".
Mentre l'ossido nitrico e la S-nitrosilazione possono essere una modalità generale di comunicazione interspecie con ampie implicazioni per la salute, richiederà ulteriori ricerche future. L'ossido nitrico sarà l'unico canale di comunicazione chimica? "Stiamo sostanzialmente assistendo all'apertura di un nuovo campo per le strategie generali di comunicazione, "dice Stamler. "Ci saranno altri."
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