Invasione con propulsione a idrogeno

Un intestino sano ospita miliardi di batteri intestinali che aiutano la digestione e mantengono l'intestino in salute. Un gran numero di microrganismi diversi, il microbiota, colonizza l'intestino in modo così denso che gli agenti patogeni non hanno generalmente alcuna possibilità di moltiplicarsi. Tuttavia, alcuni agenti patogeni, come il batterio della diarrea Salmonella Typhimurium, riescono a penetrare in questo ecosistema densamente popolato. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno fatto un passo avanti nella risposta alla domanda su come la Salmonella riesca a farlo. Hanno scoperto dove il patogeno ottiene l'energia per avanzare.

Wolf-Dietrich Hardt, l'ETH Professor di microbiologia, e la sua dottoranda Lisa Maier hanno studiato quali fattori giocano un ruolo nella fase iniziale dell'infestazione da Salmonella. Durante l'invasione dell'ecosistema intestinale, la Salmonella Typhimurium utilizza un enzima che le permette di prevalere sul microbiota: l'idrogenasi, che metabolizza l'idrogeno per generare energia. "Era noto che la Salmonella Typhimurium può utilizzare l'idrogeno e molte altre fonti di energia. Tuttavia, non era ancora chiaro quale fosse la fonte di energia di cui si avvantaggia durante questa fase iniziale della colonizzazione intestinale", spiega Maier.

Economia ladra di idrogeno

L'idrogeno viene prodotto nell'intestino come prodotto intermedio del normale metabolismo del microbiota. "La Salmonella opera quindi un'economia ladra di idrogeno, ricavando energia dal microbiota per affermarsi contro di esso", afferma Hardt. Poiché il metabolismo del microbiota funziona in modo simile nella maggior parte degli animali, il patogeno trova la fonte di energia necessaria per la sua prima avanzata in ogni nuovo ospite animale.

Una volta che la Salmonella Typhimurium è riuscita a moltiplicarsi nell'intestino, il batterio invade il tessuto intestinale e causa infiammazione e diarrea. In alcuni casi, la Salmonella Typhimurium entra addirittura nel flusso sanguigno e negli organi interni. Gli esperimenti sugli animali hanno dimostrato che la spinta energetica dell'idrogeno non gioca un ruolo essenziale in questo caso. "Al di fuori del lume intestinale, la Salmonella Typhimurium non deve farsi spazio in una densa comunità di microrganismi", sottolinea Maier.

Il tallone d'Achille della flora intestinale

L'enzima idrogenasi si trova anche in alcuni altri batteri, come l'Escherichia coli e l'Helicobacter pylori, responsabile dell'ulcera gastrica. I ricercatori sospettano quindi che anche altri agenti patogeni utilizzino l'idrogeno prodotto dalla flora intestinale come fonte di energia. Ciò rende il prodotto metabolico del microbiota un punto debole nel baluardo contro tutta una serie di agenti patogeni.

"La flora intestinale dovrebbe in realtà proteggere dalle infezioni, ma questo è il primo caso in cui vediamo che in realtà promuove le infezioni come fornitore involontario di energia", afferma Hardt. L'interazione tra microbiota e agenti patogeni è quindi più complessa di quanto inizialmente ipotizzato".