Vescicole extracellulari del Gram

npj Biofilm e microbiomi volume 9, numero articolo: 30 (2023) Citare questo articolo

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È ormai noto che il microbiota intestinale influisce sul sistema immunitario dell’ospite. Un modo di comunicare tra i batteri e le cellule ospiti avviene attraverso la secrezione di vescicole, piccole strutture di membrana contenenti vari carichi. La ricerca sulle vescicole secrete dai batteri intestinali Gram-positivi, sui loro meccanismi di interazione con l’ospite e sui loro effetti immunomodulatori è ancora relativamente scarsa. Qui abbiamo caratterizzato le dimensioni, il contenuto proteico e gli effetti immunomodulatori delle vescicole extracellulari (EV) secrete da un ceppo simbionte intestinale umano Gram-positivo appena sequenziato: Bifidobacterium longum AO44. Abbiamo scoperto che gli EV di B. longum esercitano effetti antinfiammatori, inducendo la secrezione di IL-10 sia da splenociti che da co-colture di cellule dendritiche (DC) -CD4+. Inoltre, il contenuto proteico degli EV ha mostrato un arricchimento nei trasportatori ABC, nelle proteine ​​di rilevamento del quorum e nelle proteine ​​extracellulari leganti i soluti, che in precedenza avevano dimostrato di avere una funzione importante nell'effetto antinfiammatorio di altri ceppi di B. longum. Questo studio sottolinea l’importanza delle vescicole batteriche nel facilitare gli effetti immunomodulatori dei batteri intestinali sull’ospite e fa luce sulle vescicole batteriche come future terapie.

Negli ultimi due decenni, molti studi hanno dimostrato i profondi effetti del microbiota intestinale sulla fisiologia umana1,2,3, con una serie di funzioni benefiche legate prevalentemente alla maturazione e alla modulazione del sistema immunitario3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14. I batteri immunomodulatori sono stati identificati da tempo da noi e da altri15,16,17,18, tuttavia solo poche molecole immunomodulatorie di derivazione batterica sono state caratterizzate19,20,21. Le vescicole batteriche hanno guadagnato interesse come entità in grado di interagire sia con le cellule batteriche che con quelle dell'ospite22. Le vescicole sono strutture di membrana secrete sia da batteri Gram-negativi che da batteri Gram-positivi. La dimensione delle vescicole varia da 20 a 300 nm e trasportano vari carichi, tra cui proteine ​​(sia di membrana che citoplasmatiche), peptidoglicano, acido nucleico e tossine, nonché lipopolisaccaride (LPS, nei batteri Gram-negativi). Le vescicole interagiscono con i batteri e le cellule ospiti interiorizzando e rilasciando il loro carico. Queste interazioni rendono le vescicole ideali per il rilascio molecolare a lunga distanza ai batteri vicini o alle cellule immunitarie ospiti. Pertanto, le vescicole batteriche possono essere sfruttate per potenziali terapie23. Sebbene le vescicole prodotte da batteri Gram-negativi siano state studiate fin dagli anni '6024, la produzione di vescicole extracellulari (EV) da parte di batteri Gram-positivi è stata dimostrata 30 anni dopo25. Sebbene scoperti negli anni '90, l'interesse per la vescicologenesi e gli effetti immunomodulatori dei veicoli elettrici Gram-positivi è aumentato negli ultimi dieci anni26,27, e la maggior parte dell'attenzione è rivolta a batteri patogeni come Staphylococcus aureus28, Mycobacterium tuberculosis29 e Bacillus anthracis30,31. Alcuni studi hanno dimostrato che solo i batteri Gram-positivi metabolicamente attivi secernono EV, diversi dai batteri Gram-negativi32,33, tuttavia, studi recenti suggeriscono che anche gli EV vengono secreti in un processo di "morte cellulare gorgogliante"34. Ad oggi, esiste una comprensione limitata dei fattori coinvolti nella regolazione genetica della vescicologenesi e dello stato della membrana dei batteri che consente il rilascio degli EV26,35. Tra i membri del microbiota intestinale Gram-positivi, il genere Bifidobacterium ha guadagnato interesse poiché è noto per degradare gli oligosaccaridi del latte umano ed è altamente diffuso nel tratto gastrointestinale dei neonati allattati al seno36 così come nell'intestino degli adulti37. Inoltre, è stato scoperto che le specie del genere Bifidobacterium influenzano sia il sistema immunitario innato che quello adattativo, principalmente con effetti antinfiammatori16,38, con alcune molecole effettrici caratterizzate fino ad oggi39,40. Sebbene sia stato dimostrato che diverse molecole extracellulari, come il Bifidobacterium bifidum pili40 e gli esopolisaccaridi del Bifidobacterium breve39, inducono effetti antinfiammatori, i meccanismi attraverso i quali queste molecole interagiscono con l’ospite non sono completamente compresi. Un membro importante del genere Bifidobacterium è Bifidobacterium longum. Questa specie è molto abbondante nell'intestino umano, anche tra le specie Bifidobacterium41. È stato scoperto che B. longum ha un effetto antinfiammatorio in vitro su linee cellulari42, in vivo in modelli murini43 e, soprattutto, in studi clinici sulle malattie infiammatorie intestinali (IBD)44. Questi effetti antinfiammatori sono stati attribuiti principalmente alla sua capacità di ridurre lo stress ossidativo, sottoregolare la secrezione di citochine infiammatorie e aumentare il contenuto di acidi grassi a catena corta (SCFA) nell'intestino45. Tuttavia, i meccanismi molecolari alla base delle sue interazioni con l’ospite e gli effetti terapeutici sono ancora da scoprire. Diversi studi hanno evidenziato gli EV secreti dalle specie Bifidobacterium come antinfiammatori con potenziale utilizzo come adiuvanti nel trattamento delle allergie46,47. Ad esempio, è stato scoperto che le vescicole di B. bifidum interagiscono con le cellule dendritiche (DC), seguite dalla differenziazione delle cellule T regolatorie (T-reg)47. Curiosamente, uno studio recente ha evidenziato il potenziale delle vescicole di B. longum nell'alleviare l'allergia alimentare attraverso l'induzione dell'apoptosi nei mastociti46. Sebbene stiano iniziando ad emergere studi sugli effetti immunomodulatori delle vescicole di simbionti intestinali sia Gram-negativi che Gram-positivi26, solo pochi hanno scoperto le molecole e i meccanismi alla base di questi effetti. Inoltre, è stato dimostrato che gli EV di diversi ceppi della stessa specie inducono distinti effetti immunomodulatori con meccanismi diversi, evidenziando il grande potenziale delle vescicole derivate dalle migliaia di ceppi batterici presenti nell'intestino umano48. Qui dimostriamo gli effetti immunomodulatori delle vescicole batteriche intestinali prodotte da un ceppo di Bifidobacterium longum AO44 appena sequenziato e annotato. I nostri risultati aprono una nuova strada per studi futuri sui potenziali effetti terapeutici delle vescicole batteriche.