Immagine: colonie di Clostridium difficile
I ricercatori hanno identificato un obiettivo chiave nella lotta contro l’infezione gastrointestinale emergente da Clostridium difficile. La ricerca, condotta da Min Dong e Liang Tao del Boston Children’s Hospital, rivela come la potente tossina del batterio entra nella cellula dell’ospite.
I risultati dello studio sono stati pubblicati in Nature.
Il Clostridium difficile, chiamato anche “C. difficile”, provoca grave diarrea e infiammazione intestinale difficile da sradicare ed è diventato una delle principali cause di morte per malattia gastrointestinale, ai primi posti nella lista delle minacce di farmaco-resistenza. Il batterio causa ogni anno mezzo milione di infezioni nei soli Stati Uniti. L’infezione è una minaccia presente soprattutto negli ospedali e strutture di assistenza a lungo termine e nelle persone in trattamento antibiotico a lungo termine.
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“Gli antibiotici distruggono i normali batteri intestinali e creano uno spazio per il C. difficile che colonizza e cresce nel colon”, spiega Dong, Prof. Assistente presso il Dipartimento di Urologia del Boston Children’s Hospital e del Dipartimento di Microbiologia e Immunobiologia alla Harvard Medical School.
Dong Tao, in collaborazione con i ricercatori della University of Massachusetts Medical School a Worcester, ha scoperto la chiave che la tossina prodotta da C. difficile utilizza per entrare nelle cellule: un recettore di membrana chiamato Frizzled, noto anche per essere la porta d’ingresso per i segnali che aiutano a mantenere il colon sano.
Identificare il recettore Frizzled
C diff produce una varietà di tossine. Le più note sono le tossine A e B. Dong, ricercatore senior dello studio, ha scelto di concentrarsi sulla tossina B, che ha dimostrato di provocare le malattie gastrointestinali anche da sola, quando la tossina A è assente.
“Sapevamo che queste tossine bersagliano e distruggono le cellule epiteliali del colon e che esse possono dirottare una proteina di superficie cellulare per creare una piattaforma o recettore per l’ingresso nella cellula”, spiega Dong. “Eppure il recettore specifico per la tossina B è rimasta sfuggente alla ricerca, in tutti questi anni”.
Frizzled è stato identificato attraverso un nuovo approccio. Tao, un borsista post-dottorato nel laboratorio Dong, ha collaborato con Paul Meraner, un collega nel laboratorio di Abraham Brass della UMass Medical School. Insieme, hanno dapprima condotto lo screening di tutto il genoma utilizzando la tecnologia CRISPR / CAS9 e editing del genoma di nuova concezione, per mutare i geni in colture di cellule umane.
“La tecnologia CAS9 proviene dai batteri, quindi è stato gratificante usare CAS9 per conoscere uno dei peggiori tipi di batteri che spesso si trova negli ospedale”, dice Brass.Tao e Meraner avevano creato colture di cellule e ogni cellula aveva una mutazione che causava l’inattivazione di un gene diverso. “Abbiamo poi aggiunto la tossina B a queste colture e cercato le cellule che erano resistenti”, spiega Tao.
La maggior parte delle cellule sono stati uccise dalla tossina, tranne alcune. Dopo quattro ripetuti screening, i ricercatori hanno trovato una popolazione di cellule che erano rimaste illese. Sicuramente quelle cellule avevano una mutazione che le aveva protette dalla tossina, ma in quale gene?
” Ci siamo rivolti al sequenziamento di prossima generazione che ha rivelato una serie di mutazioni nelle cellule sopravvissute e tra queste mutazioni emergeva la mutazione di una proteina di superficie cellulare chiamata Frizzled”, dice Tao.
In seguito, Tao per la prima volta, ha dimostrato che la tossina B utilizza infatti Frizzled come suo recettore per invadere le cellule umane in coltura. Successivamente, in collaborazione con Ji Miao e David Breault del Boston Children’s Hospital,Tao ha utilizzato le cellule staminali del colon per creare “organoidi” -3-D in colture di tessuto intestinale in miniatura. Quando il gene che codifica per Frizzled è stato eliminato, gli organoidi sono diventati resistenti alla tossina, mentre quelli che hanno mantenuto il gene Frizzled hanno mostrato danni evidenti.
Infine, Tao ha lavorato con Jie Zhang, PhD, uno scienziato senior del laboratorio Dong, per fare studi sui topi che ha dato risultati paralleli.
Potenziali strategie terapeutiche per combattere il Clostridium difficile
È interessante notare che Frizzled è anche il recettore di segnali critici nella riparazione e mantenimento del tessuto nel colon sano, tramite un percorso noto come Wnt.
“Le cellule staminali del colon si basano sulla via di segnale Wnt per mantenere il colon funzionante e generare nuove cellule”, spiega Dong. ” La tossina B e segnali Wnt competono per legarsi al recettore Frizzled, suggerendo che la tossina B può inibire direttamente la via di segnale Wnt nelle cellule”.
A conferma di ciò, Tao e Dong hanno lavorato con Xinjun Zhang, esperto Wnt del Boston Children’s F.M. Kirby Neurobiology Center. Insieme, hanno dimostrato che la tossina B inibisce la via di segnale Wnt.
“Questa scoperta suggerisce che la tossina B può essere particolarmente dannosa per le cellule staminali del colon“, dice Dong. “E’ importante ripristinare l’attività di Wnt per preservare la salute delle cellule staminali nella lotta contro queste tossine”.
Tao e Jie Zhang hanno identificato una potenziale strategia per proteggere il colon: hanno scoperto che un frammento ricombinante della proteina Frizzled può essere utilizzato per “assorbire” la tossina B. Un altro approccio sperimentale è stimolare direttamente la via di segnale Wnt.
Trattamento per il cancro?
La via di segnale Wnt è nota anche per essere importante nelle cellule tumorali. Le aziende farmaceutiche stanno cercando di sviluppare anticorpi in grado di bloccare Frizzled. Dong e colleghi ipotizzano che un frammento della tossina del C. diff. potrebbe anche essere uno strumento di ricerca per studiare la via di segnale Wnt e probabilmente per sviluppare anche una terapia del cancro.
Fonte: Nature
