I batteriofagi: un valido aiuto nella risposta immunitaria

Il microbiota intestinale è un complesso ecosistema composto da trilioni di batteri, virus, archea e cellule eucariote. La presenza di virus batteriofagi sembra avere un ruolo attivo e coadiuvante del nostro sistema Immunitario.

Cenni storici

Nel 1896 Hankins scoprì i batteriofagi nei fiumi Gange e Jumna durante l’epidemia del Colera. Solo nel 1915 Twort iniziò i primi studi su questi nuovi microrganismi. Nel 1917 Felix D’Herelle ne testò l’attività antibatterica su Shigella dysenteriae nei conigli e sui batteri che causavano il tifo nei polli. In seguito utilizzò miscele di enterofagi per la cura dei soldati durante la Prima Guerra Mondiale.

La scoperta della terapia antibiotica soppiantò ben presto l’utilizzo dei fagi in terapia, anche se continuarono ad essere utilizzati in Russia, Georgia e Polonia come farmaci di primo impiego. Il periodo della Guerra Fredda impedì infatti il passaggio delle ultime scoperte in ambito medico in tutta l’Europa dell’Est.

Batteriofagi e biodiversità

Negli ultimi tempi si parla spesso di batteriofagi, veri e propri virus che infettano unicamente il batterio e si riproducono in esso. Il capside proteico esterno racchiude il materiale genetico, RNA o DNA, che viene poi iniettato nella cellula ospite per la replicazione; da qui la definizione di parassita obbligato.

Batteriofago inietta il genoma nella cellula ospite
Figura 1 – Batteriofago inietta il genoma nella cellula ospite.

Virulenza e terapia fagica

La crescente resistenza agli antibiotici ha indotto gli scienziati a riconsiderare la terapia fagica. La virulenza dei fagi potrebbe essere utilizzata nel controllo di infezioni batteriche, infiammazioni croniche intestinali, morbo di Parkinson e diabete di tipo I e di tipo II. Come? Sfruttando il meccanismo di replicazione del fago.

Il fago si riproduce immediatamente attraverso il ciclo litico. Le fimbrie legano recettori di membrana della cellula batterica, la coda si contrae e il fago inietta il genoma nell’ospite. La cellula ospite sintetizza nuovo materiale genetico e alcune proteine della struttura del fago che, a loro volta, causano la replicazione virale. 

La cellula viene “mangiata” da enzimi, le lisine, e la sua lisi porta al rilascio delle particelle virali assemblate. In questo modo, il fago virulento ruba il “sistema immunitario” del batterio per disabilitarlo ed “uccidere” un numero crescente di essi. Infine, il fago litico può decidere se riprendere il ciclo oppure entrare nello stato lisogenico.

Latenza e modulazione immunitaria

Nel ciclo lisogenico il cromosoma batterico si integra con il genoma del fago, ed è così obbligato a replicarsi con esso. Il profago può restare a lungo inattivo. Infatti abbandona la cellula ospite solo per azione di uno stress esterno che minaccia l’integrità del batterio. In questo modo il fago produce nuovi particelle virali e rientra nel ciclo litico.

Un interessante studio condotto dall’Università canadese McGill di Montreal, ha stimato che il 50% del microbioma è composto da profagi contenenti DNA e RNA. I primi sono parte integrante del microbioma acquisito attraverso il latte materno, i fattori ambientali, il parto e l’uso di antibiotici. I secondi sono transitori, acquisiti attraverso l’alimentazione. 

Nel neonato la quantità di batteriofagi risulta infinitesimale. Nei primi mesi di vita i fagi di tipo Caudovirales sono in abbondanza per poi ridursi ed essere rimpiazzati dalla specie Microviridae. Dopo le prime due settimane di vita, la caratterizzazione delle specie è evidente come anche il numero dei fagi di ciascuna di esse. Solo intorno al secondo anno di età, la qualità e la quantità di fagi aumenta in maniera esponenziale. L’alimentazione ha un ruolo fondamentale e potrebbe portare ad un decremento nel numero di microrganismi con l’avanzare dell’età. 

Batteriofagi: una protezione silente

La peculiarità dei fagi è il meccanismo d’azione. I batteriofagi controllano le specie del batterio predominante mediante la lisi batterica. Da qui, la definizione di batteriofago, ovvero “mangiatore di batteri”. In questo modo l’equilibrio della comunità batterica intestinale e delle sue specie è garantito.

Nello stato di latenza il fago immunizza il batterio contro fagi dello stesso tipo. Le sequenze geniche del fago nella cellula ospite immunizzano i batteri della flora contro ulteriori infezioni. 

Il primo segnale di un intestino sano è, dunque, il ciclo lisogenico. In questo modo i profagi mantengono inalterata la comunità batterica intestinale, prima barriera del sistema immunitario in diverse patologie ed infezioni.

Agnese Ciardi

Fonti

  • Anshul Sinha et al., Bacteriophages: Uncharacterized and Dynamic Regulators of Immune System, 2019, Review Article
  • Nocerino Nunzia, I batteriofagi : un valido strumento per un vaccino contro l’infezione da Staphylococcus aureus, 2011, p 6-12
  • Geoffrey D. Hanningan et al., The Human Skin Double-Stranded DNA Virome: Topographical and Temporal Diversity, Genetic Enrichment, and Dynamic Associations with the Host Microbiome, 2015, Research Article
  • Alfredo Focà et al., Gut inflammation and Immunity: What is the role of the human gut virome?, 2014, Review Article
  • https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/come-eludere-il-sistema-immunitario-ci-pensa-lalleanza-batteri-fagi/

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