Il tallone d'Achille di Escherichia coli

Introduzione

Escherichia coli (Figura 1) è un batterio clinicamente importante appartenente alla famiglia delle Enterobacteriaceae. Nella maggior parte dei casi si tratta di un batterio non patogeno che vive, come commensale, nel nostro intestino. Accanto a questi ceppi, ve ne sono però altri patogeni, in grado di causare infezioni del tratto gastrointestinale: si tratta di patologie infettive, che causano, nella maggior parte dei casi, diarrea. Questa rappresenta un problema importante per la salute pubblica mondiale ed è una delle principali cause di mortalità infantile.

Immagine di E. coli ottenuta tramite microscopio elettronica a scansione (SEM) — Figura 1: Immagine di E.coli ottenuta tramite microscopio elettronico a scansione (SEM)

Queste e altre informazioni sono riportate in una scheda dedicata a questo batterio presente nel nostro sito (link in Sitografia).

I ceppi patogeni

I ceppi patogeni di E. coli sono differenti e presentano dei meccanismi peculiari per causare infezioni gastroenteriche. Per questo motivo sono classificati in sei diversi gruppi, due dei quali saranno oggetto di questo articolo:

– E. coli enteropatogeno (EPEC): provoca diarrea nei bambini, in particolar modo nei Paesi in via di sviluppo;

– E. coli enteroemorragico (EHEC): provoca diarrea sanguinolenta, che può avere conseguenze anche letali, come la sindrome emolitico uremica.

Come avviene l’infezione?

I ceppi di EPEC e EHEC causano la patologia aderendo all’epitelio dell’intestino e interferendo con l’assorbimento delle sostanze, tramite distruzione dei microvilli. Per questo motivo si parla di una istopatologia A/E (attaccamento/eliminazione).

Per prima cosa si ha l’adesione del batterio alla cellula ospite (gli enterociti) e il rilascio sulla membrana della stessa del recettore batterico Tir (recettore traslocato per l’intimina). Questo è responsabile del legame tra la cellula ospite e la proteina intimina, presente sulla membrana del batterio.

A partire da questo legame si hanno dei cambiamenti irreversibili a livello della membrana della cellula ospite, con riarrangiamento del citoscheletro. Un ruolo fondamentale è quello dell’actina, una proteina del citoscheletro, che si assembla per formare una specie di “piedistallo” che circonda il batterio e lo porta all’interno della cellula ospite.

Oltre al recettore Tir, importante per la formazione del “piedistallo di actina” è il rilascio di proteine effettrici batteriche.

La proteina EspG

Tra le proteine effettrici batteriche rilasciate durante l’infezione, un ruolo molto importante è quello di EspG, che interagisce con la proteina PAK (chinasi attivata da p21), un importante regolatore dell’actina nel citoscheletro.

Questa interazione porta EspG a svolgere differenti funzioni:

– interruzione delle reti di microtubuli;

– perdita della barriera epiteliale;

– diminuzione della resistenza transepiteliale;

– inibizione dell’assorbimento delle sostanze;

– inibizione della fagocitosi di E. coli da parte dei macrofagi.

Lo studio

Un gruppo di ricercatori, guidati da Peter J. Hume, che si occupa prevalentemente delle modificazioni del citoscheletro delle cellule ospiti da parte dei batteri, si è interrogato sul ruolo di questa proteina effettrice nel causare l’infezione.

Per fare questo hanno utilizzato delle cellule Hap1. Alcune di queste sono state infettate con batteri EPEC e EHEC wild-type e altre con batteri privi del gene codificante per la proteina EspG.

I risultati dell’infezione sono stati osservati attraverso un microscopio a fluorescenza. Ne è venuto fuori che le cellule infettate con i batteri knock-out per il gene di EspG impiegassero più tempo per formare il piedistallo di actina e, quando questo si formava, era più corto del normale (Figura 2).

Figura 2: (A) Immagini ottenute con microscopio elettronico a fluorescenza in cui si vede in rosso il batterio e in verde il piedistallo di actina in tre momenti differenti dall’infezione. In alto vi sono le cellule infettate con il batterio WT, in basso quelle infettate con il batterio privo del gene per EspG. (B) Grafico rappresentante il numero di piedistalli di actina, formati in seguito ad infezione da parte dei due tipi di batteri, misurati in momenti differenti.

Inoltre, lo studio ha anche evidenziato come EspG possa esplicare la sua funzione interagendo con PAK, ma questo solo ed esclusivamente in presenza di GTPasi della famiglia Rho, che hanno il compito di concentrare PAK in prossimità della membrana della cellula ospite e di stimolarne l’attivazione.

Prospettive future

I risultati ottenuti da questo gruppo di ricercatori potrebbero essere utili per lo studio di altre patologie causate da patogeni che utilizzano le medesime vie di questi ceppi di E. coli o anche in altre patologie che richiedono l’attivazione di PAK, come i tumori o patologie causate da alcuni virus, come l’HIV.

Emanuela Pasculli