Mettere in catena gli agenti patogeni della diarrea

Le vaccinazioni hanno dimostrato la loro validità nella lotta contro agenti patogeni come batteri e virus. Stimolano l'organismo a formare anticorpi protettivi (IgA). Le vaccinazioni sono state utilizzate anche contro le infezioni intestinali.

Tuttavia, in precedenza non era chiaro come gli anticorpi intestinali, noti come IgA secretorie, proteggessero dalle infezioni. Un gruppo di ricercatori guidati dall'ETH Emma Slack ha ora dimostrato, utilizzando l'esempio della diarrea da salmonella, che le IgA secretorie hanno un effetto completamente diverso da quello che gli scienziati sospettavano in precedenza.

In uno studio appena pubblicato sulla rivista scientifica "Nature", i ricercatori dimostrano che gli anticorpi IgA indotti dalla vaccinazione incatenano virtualmente gli agenti patogeni nell'intestino: Le IgA attaccano i batteri figli l'uno all'altro dopo la moltiplicazione. Sebbene i batteri incatenati possano continuare a moltiplicarsi, tutti i loro figli rimangono intrappolati in questi ammassi. L'aggregazione in famiglie geneticamente uniformi previene l'infezione del tessuto intestinale, accelera l'eliminazione dell'agente patogeno e impedisce lo scambio di geni tra batteri di famiglie diverse.

Agglutinazione solo in provetta

La formazione di grumi di anticorpi e batteri, nota come agglutinazione, è nota da tempo. Tuttavia, si verifica solo quando anticorpi e batteri sono presenti in alte densità e quindi entrano frequentemente in contatto tra loro. "In una provetta, questo funziona come un libro di testo. Si hanno concentrazioni sufficientemente elevate di anticorpi e batteri in modo che si scontrino frequentemente", spiega Slack.

Nell'intestino, tuttavia, densità così elevate di patogeni sono un'eccezione. "È quindi meno probabile che i batteri rivestiti di IgA si scontrino", spiega il ricercatore. Tuttavia, le ricerche hanno osservato da tempo che tali ammassi si formano nell'intestino, quindi ci deve essere un'altra spiegazione per l'ammasso.

La crescita batterica controlla l'agglutinazione

I grumi prevengono la malattia

"L'aspetto intelligente del clumping è che gli anticorpi non uccidono i batteri. Nel peggiore dei casi, questo potrebbe portare a una violenta reazione immunitaria. Impediscono semplicemente ai microbi di interagire con l'ospite, tra di loro o con i parenti più stretti", spiega Wolf-Dietrich Hardt, professore di microbiologia all'ETH di Zurigo, che ha svolto un ruolo chiave nel lavoro.

Combattere le infezioni intestinali con la vaccinazione presenta quindi diversi vantaggi: I grumi di anticorpi-batteri non possono avvicinarsi alla parete intestinale. Questo impedisce alla mucosa intestinale di infiammarsi. Inoltre, l'intestino si libera rapidamente dei grumi. Dopo pochi giorni, vengono espulsi con le feci. "Il sistema è efficiente. Per il sistema immunitario è più facile sbarazzarsi di un intero grumo che catturare ed eliminare ogni singola cellula batterica", spiega Slack.

Nessuno scambio di geni di resistenza

La vaccinazione intestinale potrebbe aiutare a superare la crisi della resistenza agli antibiotici. Da un lato, si potrebbero evitare le malattie che richiedono l'uso di antibiotici. Ciò ridurrebbe automaticamente lo sviluppo e la diffusione della resistenza agli antibiotici. In secondo luogo, il clumping impedisce lo scambio di geni tra le singole popolazioni batteriche intrappolate.

I batteri spesso si scambiano geni sotto forma di plasmidi (pezzi di DNA a forma di anello), che spesso trasportano i temuti geni di resistenza agli antibiotici. Tuttavia, per scambiare i plasmidi, le cellule batteriche devono toccarsi. Se sono bloccate in ammassi separati, non possono farlo.

Vaccinare gli animali da allevamento

I ricercatori hanno condotto i loro esperimenti con vaccini fatti di salmonella uccisa e Escherichia coli-batteri. Secondo gli scienziati, questa strategia potrebbe essere utilizzata anche contro altri patogeni intestinali come Shigella o Listeria.

Il più grande campo di applicazione della vaccinazione contro la Salmonella potrebbe essere quello degli animali da allevamento, come i suini. Gli esseri umani vengono solitamente infettati attraverso il contatto con questi animali e la loro carne cruda. Sarebbe fattibile anche una vaccinazione per gli esseri umani. Potrebbe essere utile alle persone che lavorano in aree disastrate o epidemiche o che viaggiano in regioni dove le infezioni intestinali sono comuni.

Necessaria una collaborazione su larga scala

Questo studio è il risultato di una collaborazione durata sei anni tra ricercatori di diversi dipartimenti e istituzioni dell'ETH, come lo ScopeM, e di altre installazioni universitarie, tra cui l'Università di Melbourne (AUS), l'Università di Parigi e l'Università di New York. Istituto di Ricerca in Biomedicina di Bellinzona e il CNRS in Francia. La collaborazione con ingegneri come Douglas R. Brumley e Roman Stocker è stata importante per la scoperta del meccanismo di concatenazione.

Emma Slack dirige un gruppo presso l'Istituto di microbiologia dell'ETH di Zurigo. Nel 2011 ha ricevuto una borsa di studio del Fondo Nazionale Svizzero (FNS) e ha iniziato a lavorare nel gruppo di ricerca di Wolf-Dietrich Hardt.