L’immuno fingerprint delle infezioni

Nonostante la disponibilità di antibiotici e vaccini, le malattie infettive rimangono una delle principali cause di mortalità nel mondo. A preoccupare sono anzitutto la propagazione di patogeni più virulenti e con aumentata resistenza agli antibiotici e le diagnosi tardive o poco accurate. La somministrazione di terapie inefficaci spesso produce più danni che benefici, determinando la comparsa di infezioni croniche o ricorrenti ancora più complesse da curare.

Fig. 1 Stima delle morti causate da resistenza agli antibiotici nel 2050. Fonte: Review on Antimicrobial Resistance

La gestione delle malattie infettive è resa ancora più complicata dall’eterogeneità del loro decorso, che varia dalla completa rimozione o “clearance” del patogeno, senza conseguenze e spesso senza nessun sintomo, alla malattia conclamata. E’ sorprendente come questa variabilità sia stata osservata non solo tra diversi individui, ma anche all’interno dello stesso individuo mentre combatte la propria battaglia personale contro il patogeno.

Alla luce di queste osservazioni e della necessità di ricercare approcci innovativi nella lotta alle infezioni, i ricercatori hanno chiarito l’importanza di comprendere a fondo la dinamica e complessa interazione tra ospite e patogeno e in particolare come il sistema immunitario reagisce alla presenza di un invasore.

Il decorso di una malattia infettiva dipende da una serie di fattori che influenzano la capacità del sistema immunitario di combattere il patogeno, tra cui l’età, il sesso, la composizione del microbiota intestinale e la presenza di determinanti genetiche. Anziché isolare e studiare separatamente ogni singolo fattore, che sarebbe un’impresa titanica e destinata probabilmente al fallimento, si ricorre oggi a un approccio diverso, che consente di determinare l’effetto complessivo di tutti questi fattori e anche di quelli ancora sconosciuti. E’ probabile, infatti, che i fattori che influenzano il decorso di una malattia infettiva lo facciano alterando la funzione o composizione del sistema immunitario e lasciando quindi una sorta di “firma” o “impronta digitale immunologica” (dall’inglese immuno fingerprint), che descrive la specifica composizione delle sub-popolazioni di cellule immunitarie di un individuo dopo essere entrato in contatto con un patogeno.

Ogni microrganismo lascia dunque la propria “firma” sul sistema immunitario, che possiamo “leggere” attraverso strumenti sofisticati, come il sequenziamento dell’RNA per singola cellula. Grazie a questa tecnica è possibile studiare quali geni vengono espressi in un certo momento in una singola cellula e dunque comprendere a pieno la sua funzione nel contesto del suo micro-ambiente; questo permette di caratterizzare ogni specifica sub-popolazione di cellule immunitarie presenti nell’individuo ospite e determinare quali sono più attive contro il patogeno e quindi associate a un decorso benigno della malattia.

Fig. 2 Il sequenziamento dell’RNA per singola cellule permette di identificare sub-popolazioni cellulari con profili di espressione diversi.

Il vantaggio di questo approccio è quello di aumentare la nostra comprensione della variabilità nella risposta o suscettibilità alle infezioni all’interno di una popolazione e quindi di studiare strategie terapeutiche innovative su misura del paziente. Esistono però anche applicazioni prettamente diagnostiche. Di solito la diagnosi di un’infezione dipende dall’identificazione del microrganismo responsabile nei fluidi biologici, ma i sistemi di coltura microbiologica sono spesso lenti e inefficienti. Sappiamo invece che il sistema immunitario è capace di “accorgersi” della presenza di una grande varietà di microbi in maniera molto più rapida, sensibile e specifica del nostro migliore test diagnostico. Sin dalle prime fasi, diversi tipi di infezione interagiscono con diverse componenti del sistema immunitario, alterando la composizione e funzione delle cellule immunitarie in maniera specifica: come le impronte digitali sulla scena del crimine ci aiutano a identificare l’assassino, così l’impronta immunologica dell’infezione ci aiuta a diagnosticare precocemente la malattia.

Il numero crescente di casi di resistenza agli antibiotici rende sempre più urgente la ricerca di approcci innovativi per la cura e diagnosi delle infezioni. Il nostro sistema immunitario è un’arma potente contro una grande varietà di microbi, ma neanche i migliori immunologi sono giunti ad una piena comprensione dei suoi meccanismi; è chiaro però che monitorare l’interazione tra ospite e patogeno sia di fondamentale importanza per la risoluzione della malattia.

Erika Salvatori

Fonti:

  • Lin, Chan-Yu, et al. (2013). Pathogen-specific local immune fingerprints diagnose bacterial infection in peritoneal dialysis patients. J Am Soc Neprol. 24: 2002-2009.
  • Hen-Avivi Shelly and Avraham Roi. (2018). Immun cell type “fingerprints” at the basis of outcome diversity of human infection. Current Opinion in Microbiology 42:31-39

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