I batteri nell’intestino fanno molto più che aiutare a digerire il cibo nello stomaco dei loro ospiti, possono anche dire ai geni dei loro ospiti mammiferi cosa fare.
Uno studio pubblicato oggi su Cell descrive una forma di “comunicazione interspecie” in cui i batteri secernono una specifica molecola – l’ossido nitrico – che consente loro di comunicare e controllare il DNA dei loro ospiti e suggerisce come la conversazione tra i due possa ampiamente influenzare la salute umana.
I ricercatori della Case Western Reserve University School of Medicine, degli Ospedali universitari Cleveland Medical Center e della Harvard Medical School hanno rintracciato l’ossido nitrico secreto dai batteri intestinali all’interno di piccoli vermi (C. elegans, un comune modello di laboratorio sui mammiferi). L’ ossido nitrico secreto da batteri intestinali attaccati a migliaia di proteine ospite, modifica completamente la capacità di un verme di regolare la propria espressione genica.
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Lo studio è il primo a mostrare che i batteri intestinali possono attingere alle reti di ossido nitrico ubiquitarie nei mammiferi, inclusi gli umani. L’ossido nitrico si lega alle proteine umane in modo accuratamente regolato – un processo noto come S-nitrosilazione – e le interruzioni in questo processo sono generalmente implicate in malattie come l’Alzheimer, il Parkinson, l’asma, il diabete, le malattie cardiache e il cancro.
I risultati suggeriscono che l’ossido nitrico attiva un meccanismo generale mediante il quale i batteri intestinali possono comunicare con gli ospiti 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 rivelano un linguaggio chimico comune a tutte le specie, al contrario delle singole parole’, ha detto l’autore senior Jonathan Stamler, Direttore dell’Istituto di medicina molecolare presso la Case Western Reserve University School of Medicine e Presidente della Harrington Discovery Institute presso l’ University Hospitals Cleveland Medical Center. “C’è un’enorme complessità nell’intestino e molti ricercatori stanno cercando la prossima insolita sostanza prodotta da un batterio che potrebbe influire sulla salute umana“, dice il ricercatore.
Con migliaia di miliardi di batteri nell’intestino medio, Stamler ha deciso di cercare un linguaggio comune che potesse essere utilizzato da tutte le specie batteriche. “L’enormità della popolazione batterica dell’intestino e la sua relazione con l’ospite predicono che ci devono essere mezzi generali per comunicare che noi umani possiamo riconoscere”.
I ricercatori hanno dimostrato il fenomeno alimentando con i batteri che producono ossido nitrico i vermi in via di sviluppo . Hanno quindi selezionato una proteina molto importante – la proteina argonauta, o ALG-1 – che è altamente conservata dai vermi all’uomo e silenzia i geni non necessari, compresi i geni fondamentali per lo sviluppo. L’ossido nitrico secreto dai batteri attaccati ad ALG-1, ha portato allo sviluppo di organi riproduttivi malformati e i vermi sono morti. Troppo ossido di azoto proveniente da batteri comandava le proteine silenziate del DNA dei vermi e comprometteva lo sviluppo sano.
“Praticamente, gli animali non lasceranno che questo accada“, ha detto Stamler. Gli autori ipotizzano che un ospite di mammiferi si adatterà ai cambiamenti dei livelli di ossido nitrico. Dice Stamler: “Il verme sarà in grado di smettere di mangiare i batteri che formano l’ossido nitrico o inizierà a mangiare batteri che producono meno ossido nitrico o cambierà il suo ambiente o produrrà innumerevoli altri adattamenti. Quindi, troppo ossido nitrico prodotto dal nostro microbioma può causare malattie o problemi di sviluppo nel feto “.
Lo studio si aggiunge a un crescente numero di prove che dimostrano che i batteri che vivono nell’intestino, determinati 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 di ossido nitrico.
L‘ossido nitrico e la S-nitrosilazione possono essere una modalità generale di comunicazione interspecie con ampie implicazioni sulla salute che richiedono ulteriori ricerche future. L’ossido nitrico sarà l’unico canale di comunicazione chimica?
“Stiamo fondamentalmente entrando in un nuovo campo aperto per la ricerca di strategie generali di comunicazione”, afferma Stamler. “Ce ne saranno altre?”
