Gli scienziati della Stanford University School of Medicine hanno recentemente approfondito le ragioni per cui due agenti patogeni potenzialmente letali riescono a infiltrarsi nell’ambiente ostile dell’intestino dopo un ciclo di trattamento antibiotico.
Le loro scoperte, pubblicate su una rivista scientifica, potrebbero fornire spunti preziosi per identificare strategie efficaci per contrastare gli effetti negativi derivanti dalla diminuzione dei «batteri amici» che popolano il nostro intestino dopo l’assunzione di antibiotici.
Durante un ciclo di antibiotici, diversi patogeni intestinali possono causare problemi seri. L’autore senior dello studio, Justin Sonnenburg, PhD, ha affermato: «Gli antibiotici aprono la porta a questi agenti patogeni, ma il modo esatto in cui ciò avviene non è ancora ben compreso».
I ricercatori hanno osservato un aumento significativo della disponibilità di carboidrati nell’intestino ventiquattro ore dopo l’assunzione di antibiotici orali. Questo surplus temporaneo, unito alla riduzione dei «batteri buoni», crea un ambiente favorevole alla rapida proliferazione di almeno due agenti patogeni potenzialmente pericolosi.
Negli ultimi dieci anni, i progressi scientifici hanno permesso di comprendere meglio il «complesso ecosistema microbico» che caratterizza l’intestino crasso di tutti i mammiferi sani, compresi gli esseri umani. Circa mille diversi tipi di microbi coesistono armoniosamente all’interno di un intestino sano, e questi ceppi batterici si sono adattati così bene al loro ambiente che senza di loro non riusciremmo a sopravvivere.
I batteri benefici dell’intestino sintetizzano vitamine fondamentali, giocano un ruolo chiave nel potenziare il nostro sistema immunitario e sono coinvolti nello sviluppo e mantenimento dei tessuti, contribuendo addirittura a regolare la pressione sanguigna.
Tuttavia, l’assunzione di antibiotici può devastare questo ecosistema microbico. I batteri buoni iniziano a proliferare rapidamente nei giorni seguenti il trattamento e, entro un mese, tornano a livelli normali. Tuttavia, come osservato dai ricercatori, «l’ecosistema sembra subire perdite permanenti di alcuni ceppi batterici costitutivi».
Gli scienziati hanno paragonato i batteri amici a un prato che combatte le erbacce (batteri patogeni) in un terreno fertilizzato dai nutrienti presenti nel nostro intestino. Studi precedenti hanno suggerito che i nostri microbi amichevoli secernono sostanze chimiche in grado di impedire ai batteri patogeni di prendere il sopravvento.
Esiste una teoria secondo cui la distruzione del nostro ecosistema microbico interno compromette la nostra capacità di risposta immunitaria.
Sonnenburg ha dichiarato: «Anche se queste ipotesi non si escludono a vicenda, il nostro lavoro sostiene specificamente l’idea che i nostri microbi residenti tengano a bada i patogeni competendo per i nutrienti».
Quando queste difese sono compromesse, come accade poco dopo l’inizio di un ciclo di antibiotici, gli agenti patogeni opportunistici riescono a stabilire una presenza.
Una volta che questi invasori parassiti hanno raggiunto numeri sufficienti, iniziano a provocare infiammazione. L’infiammazione, tuttavia, non è un ambiente favorevole alla ripresa dei batteri buoni, e patogeni come la salmonella prosperano in tali condizioni.
Sonnenburg e il suo team si sono concentrati su due nutrienti specifici presenti nell’intestino: il fucosio e l’acido sialico, entrambi appartenenti alla famiglia degli zuccheri. Questi zuccheri, sebbene poco conosciuti, sono essenziali per la sopravvivenza e sono prodotti in ogni cellula del corpo umano, oltre a essere presenti in alimenti come latticini, uova e carne.
I batteri intestinali e il muco
Le cellule che rivestono l’intestino estraggono lunghe catene di zuccheri, sia comuni che esotici, per formare il muco.
Il muco ha due importanti funzioni:
- impedisce ai microbi residenti di attraversare la parete intestinale e di entrare nel flusso sanguigno
- fornisce una fonte vitale di nutrimento, inclusi acido sialico e fucosio, per i microbi residenti
Sonnenburg ha affermato: «I nostri microbi intestinali sono diventati molto abili a nutrirsi del muco».
I ricercatori hanno condotto esperimenti su topi da laboratorio privi di germi, i quali presentavano un intestino privo di batteri. Hanno introdotto un ceppo batterico amichevole, presente nell’intestino di topi normali e umani, dotato di enzimi in grado di estrarre le molecole di zucchero dalle catene di muco del rivestimento intestinale, ma privo degli enzimi necessari per abbattere l’acido sialico.
Sebbene possa sembrare inutile cercare di estrarre molecole di zucchero che non possono essere digerite, in un intestino normale ci sono altri microbi in grado di abbattere l’acido sialico e il fucosio. Un intestino sano è popolato da microbi capaci di scomporre nutrienti che altrimenti risulterebbero inaccessibili.
Gli autori definiscono questo processo un sistema di baratto, mentre gli ecologi lo chiamano simbiosi. (Forse il batterio amichevole rilascia questi residui zuccherini per facilitare l’accesso ad altri zuccheri sottostanti.)
C. difficile, una causa comune di
diarrea associata agli antibiotici
In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno introdotto un ceppo di Salmonella nei topi precedentemente privi di germi. Entrambi i ceppi batterici sono potenzialmente letali quando causano malattie in pazienti sottoposti ad antibiotici. Questi patogeni consumano l’acido sialico per produrre energia, ma non riescono a separarlo dal muco intestinale.
Dopo aver constatato che non erano in grado di digerire il fucosio o di utilizzarlo, il team ha indirizzato la propria attenzione su come i due agenti patogeni utilizzassero l’acido sialico.
Simulazione di un ecosistema intestinale-microbo decimato da antibiotici
Introducendo un ceppo batterico patogeno insieme a uno amichevole nell’intestino di topi privi di germi, i ricercatori hanno dimostrato che i livelli di acido sialico aumentavano significativamente in assenza di un ecosistema microbico completo, in grado di contrastare tale incremento. La presenza di un solo ceppo di batterio buono nell’intestino dei topi rappresentava un’approssimazione di un ecosistema intestinale-microbo compromesso dagli antibiotici.
Entrambi i ceppi batterici si riproducevano più rapidamente in presenza di questi zuccheri, senza concorrenti, creando un surplus di acido sialico, che rappresentava una vera e propria festa per il ceppo patogeno.
I ricercatori hanno quindi osservato quali effetti avessero gli antibiotici su topi «normali» con ecosistemi intestinali completi. Hanno rilevato lo stesso aumento di acido sialico e una rapida proliferazione di batteri patogeni. Se i topi venivano trattati con antibiotici senza essere esposti a patogeni, i livelli di acido sialico tornavano alla normalità entro circa tre giorni, dal momento in cui i batteri iniziavano a riprendersi.
Sonnenburg ha affermato: «I batteri dannosi nell’intestino si nutrono dei nutrienti rilasciati dai batteri amici, che subiscono danni collaterali a causa degli antibiotici: questi farmaci inducono i nostri batteri intestinali ad aiutare involontariamente i patogeni.»
Il team crede che i patogeni batterici nell’intestino causino malattie in due fasi. Altri studi hanno dimostrato che una volta che questi patogeni raggiungono un numero sufficiente, utilizzano strategie per indurre infiammazione e eliminare i microbi residenti – senza alcun costo per i patogeni stessi, che hanno sviluppato modi per affrontare questa situazione. Tuttavia, prima devono superare un ostacolo critico: in assenza dell’infiammazione che cercano di indurre, devono in qualche modo raggiungere una massa critica. Il nostro lavoro mostra come si comportano dopo una dose di antibiotici, approfittando di un picco temporaneo di zuccheri disponibili rilasciati dal muco intestinale lasciato da microbi commensali uccisi.
Il team spera che, un giorno, sarà possibile sviluppare un farmaco in grado di inibire gli enzimi utilizzati dai batteri intestinali per liberare l’acido sialico dal muco, privando così i patogeni della loro «festa». Tale farmaco potrebbe essere somministrato insieme agli antibiotici. Inoltre, i probiotici contenenti ceppi batterici capaci di digerire rapidamente l’acido sialico potrebbero ottenere effetti simili.
Questo studio è stato finanziato dal Burroughs Wellcome Fund e dal National Institutes of Health (concessione R01-DK085025).
Nuove Ricerche e Sviluppi nel 2024
Nel 2024, la ricerca continua a rivelare ulteriori dettagli sull’interazione tra antibiotici e microbiota intestinale. Nuovi studi indicano che la diversità microbica è cruciale per mantenere un intestino sano e che una dieta ricca di fibre potrebbe aiutare a ripristinare la flora intestinale dopo un trattamento antibiotico.
Recenti dati mostrano che l’integrazione di probiotici specifici durante e dopo la terapia antibiotica può ridurre significativamente il rischio di infezioni intestinali. Inoltre, ricerche innovative stanno esplorando l’uso di prebiotici per nutrire i batteri amici, favorendo così un recupero più rapido e completo.
Inoltre, il monitoraggio continuo del microbiota attraverso tecniche avanzate di sequenziamento genetico sta aprendo nuove strade per comprendere meglio l’impatto degli antibiotici e sviluppare strategie personalizzate per la prevenzione delle infezioni. Questi sviluppi potrebbero rivoluzionare il modo in cui affrontiamo le infezioni intestinali legate agli antibiotici nel prossimo futuro.
