Infezione da Escherichia coli: alla guida un sensore per l’ossigeno

Infezione gastrointestinale

Sempre più spesso, nei titoli di testate giornalistiche o in notizie dal carattere puramente allarmistico sentiamo parlare dell’associazione biunivoca infezione gastrointestinale-Escherichia coli. In realtà, la storia è un po’ più complicata e variopinta.

In generale, un’infezione del tratta gastro-intestinale è dovuta all’alterazione del suo microambiente dovuta a sua volta ad una serie di reazioni metaboliche a carico dell’ospite o del microbiota. E’ evidente pertanto che un’alterazione della distribuzione delle specie batteriche, patogene e non, comporta un disequilibrio a livello metabolico che, in determinate condizioni, può sfociare in un processo infiammatorio. quest’ultimo è comunemente noto come gastroenterite.

In questo scenario, una delle specie patogene considerate maggiormente responsabili è il ceppo entero emorragico Escherichia coli O157:H7 (EHEC), del quale abbiamo già approfondito il meccanismo di infiammazione, che avviene a carico delle proteine batteriche EspG.

Una domanda, però resta ancora aperta: qual è il meccanismo attraverso il quale E. coli EHEC è in grado di attivare la produzione di queste proteine, quindi scatenare un processo infiammatorio?

Il ruolo dell’ossigeno

Un nuovo studio, pubblicato sulla rivista scientifica PNAS, ha smascherato uno di questi meccanismi. Si tratta di un fenomeno di attrazione guidato da un sensore per l’ossigeno, che spinge il batterio verso un ambiente microaerobico, come quello presente nel colon.

L’ossigeno svolge un ruolo fondamentale nel determinare la composizione microbiotica, a livello intestinale. Nel colon, infatti, l’ossigeno viene consumato dalle specie batteriche residenti a livello della mucosa intestinale.

L’utilizzo dell’ossigeno come fonte di energia da parte di questi microrganismi determina la formazione di un gradiente di concentrazione, tale per cui il lume intestinale diventa un ambiente anaerobico, particolarmente adatto per i batteri microaerobici. Al contrario, l’intestino tenue è popolato da una quantità significativamente minore di specie batteriche, pertanto l’ossigeno non viene interamente consumato.

E. coli O157:H7 è un patogeno alimentare che colonizza il colon ed è in grado di causare una grave gastroenterite, con comparsa di diarrea e sindrome uremica emolitica. Tutto questo grazie alla capacità di questo batterio di codificare per sequenze geniche di virulenza e patogenicità, un’abilità che si è ottimizzata a livello evolutivo, grazie all’espressione di una serie di elementi di regolazione genica e risposta a segnali esterni.

Uno di questi efficienti meccanismi biologici di risposta all’ambiente circostante è rappresentato dal sensore dell’ossigeno, grazie al quale E. coli EHEC è in grado di esprimere sequenze geniche specifiche che attivano il processo infiammatorio a carico dell’ospite.

Lo studio scientifico

I ricercatori del Dipartimento di Microbiologia della University of Virginia School of Medicine, negli USA, hanno studiato a fondo questo meccanismo, offrendo un nuovo spunto di approfondimento e ricerca.

In presenza di basse concentrazioni di ossigeno E.coli potenzia l’espressione genica del principale fattore di virulenza del batterio, attraverso l’RNA corto sRNA DicF. DicF incrementa l’espressione genica di fattori coinvolti nell’attivazione trascrizionale del fattore PchA.

L’espressione di DicF, sostanzialmente potenzia la lesione dell’epitelio intestinale, come è stato dimostrato su colture cellulari HeLa infettate da un ceppo EHEC in confronto a un ceppo knock out per DicF (Figura 1).

Figura 1: L’over espressione di DicF promuove la lesione a livello intestinale. A) Northern Blot dell’espressione di DicF in condizioni aerobiche o anaerobiche da parte di EHEC wild type o nelle sue versioni knock out per dicf o hcf. B) Allineamento delle sequenze geniche di dicf, proprie di diversi ceppi di E.coli. C) Espressione genica delle isole di patogenicità LEE per i diversi ceppi di EHEC studiati. D) Saggio FAS per la quantificazione delle lesioni dell’epitelio intestinale a seguito dell’infezione delle cellule HeLA con i diversi ceppi EHEC.

Il determinante ruolo di DicF nel promuovere lesioni a livello gastro-intestinale non è un meccanismo esclusivo di EHEC, piuttosto lo possiamo ritrovare anche nelle specie enterotossiche E. coli e Salmonella.

Applicazioni future

La scoperta di un sensore per l’ossigeno come innesco di una reazione a catena di un processo infiammatorio è, secondo i ricercatori, un risultato molto interessante per contrastare alle radici la produzione delle endotossine batteriche responsabili delle infezioni gastrointestinali.

Bibliografia

Serena Galiè

Informazioni su Serena Galié 43 Articoli
Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l'Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l'Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l'Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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