I batteri con funzione di assorbimento registrano la salute dell'intestino

Per assicurarsi che funzionasse bene, i ricercatori hanno introdotto l'array Crispr della specie batterica Fusicatenibacter saccharivorans in un ceppo del batterio intestinale Escherichia coli, considerato sicuro e ammesso come probiotico. Parte del trasferimento era costituito dalle istruzioni per la costruzione di un enzima chiamato trascrittasi inversa, in grado di trascrivere l'RNA in DNA. Questo enzima trascrive anche le informazioni dell'RNA messaggero nella forma di DNA necessaria per l'incorporazione nell'array Crispr.

Esame senza disturbare il corpo

I ricercatori dell'Inselspital e dell'Università di Berna guidati da Andrew Macpherson hanno ora somministrato questi batteri intestinali modificati a topi in laboratorio. Il team ha raccolto campioni fecali da questi animali, ha isolato il DNA batterico e lo ha analizzato utilizzando il sequenziamento del DNA ad alta velocità. Utilizzando la bioinformatica, i ricercatori sono riusciti a ricostruire le informazioni genetiche dei frammenti di RNA messaggero da un'enorme quantità di dati. Gli scienziati hanno così potuto determinare in modo non invasivo la frequenza di produzione delle molecole di RNA messaggero da parte dei batteri intestinali durante la loro permanenza nell'organismo e quindi quali geni sono attivi.

"Con il nuovo metodo possiamo ottenere informazioni direttamente dall'intestino senza dover interrompere la funzione intestinale", afferma Andrew Macpherson, professore e primario di gastroenterologia all'Inselspital di Berna. Il metodo presenta quindi dei vantaggi rispetto alla colonscopia, che può essere sgradevole per i pazienti e disturba sempre la funzione intestinale perché l'intestino deve essere vuoto per l'esame".

Determinare lo stato nutrizionale

"I batteri sono molto bravi a riconoscere le condizioni ambientali e ad adattare il loro metabolismo al cambiamento delle condizioni, come ad esempio il cibo", spiega Macpherson. In esperimenti condotti su topi alimentati con cibi diversi, i ricercatori sono riusciti a dimostrare come i batteri adattino il loro metabolismo al rispettivo apporto di nutrienti. Gli scienziati riferiscono le loro scoperte nell'ultimo numero della rivista scientifica pagina esternaScienza.

I ricercatori vorrebbero sviluppare ulteriormente il metodo in modo che un giorno possa essere utilizzato sui pazienti per studiare come l'alimentazione influenzi l'ecosistema intestinale e come questo influisca sulla salute. In futuro, il metodo dovrebbe essere utilizzato per determinare lo stato nutrizionale di bambini e adulti. In base a ciò, si potrebbe diagnosticare la malnutrizione o i medici potrebbero decidere se un paziente ha bisogno di integratori alimentari.

I ricercatori sono stati anche in grado di riconoscere le reazioni infiammatorie nell'intestino. Hanno somministrato i batteri sensori a topi con infiammazione intestinale e a topi sani. In questo modo sono riusciti a determinare il profilo specifico dell'RNA messaggero dei batteri intestinali che passano alla modalità infiammatoria.

Differenziare i diversi batteri

L'attuale studio pubblicato sulla rivista Science include anche un ulteriore sviluppo che consente agli scienziati di differenziare due ceppi batterici utilizzando "codici a barre" genetici individuali. Ciò consentirà in futuro di analizzare la funzione delle mutazioni genetiche nei batteri negli animali da laboratorio. I ricercatori possono usarlo per confrontare il profilo dell'RNA messaggero di diversi batteri, ad esempio quelli mutati e quelli senza mutazioni. Grazie al data logger molecolare, per la prima volta è possibile determinare questo profilo mentre i batteri attraversano l'intestino e non solo quando sono presenti nelle feci. Ciò significa che gli scienziati sanno cosa è successo quando i batteri vivevano ancora nell'intestino.

Sarebbe anche possibile sviluppare ulteriormente il sistema per differenziare i profili di RNA dei batteri nell'intestino tenue e crasso. Inoltre, la funzione di data logger potrebbe essere integrata anche in altri tipi di batteri. Ciò consentirebbe applicazioni nel monitoraggio ambientale. Analizzando i batteri del suolo di un campo, ad esempio, sarebbe possibile determinare se sono stati utilizzati erbicidi.

Applicazione sicura possibile

I ricercatori hanno presentato una domanda di brevetto per il metodo stesso e per i profili caratteristici dell'RNA che consentono di trarre conclusioni su determinati nutrienti ingeriti e sulla salute dell'intestino.

Prima che i batteri sensori possano essere utilizzati al di fuori di un laboratorio - anche sui pazienti - gli scienziati devono ancora chiarire gli aspetti legali e di sicurezza. Questo perché i batteri sono geneticamente modificati. "In linea di principio, è possibile utilizzare microrganismi viventi geneticamente modificati come diagnostici o terapeutici in medicina se sono soddisfatte determinate condizioni", spiega Platt. Ad esempio, è possibile modificare i batteri sensori in modo che richiedano determinati nutrienti e quindi sopravvivano solo all'interno dell'intestino del paziente. Al di fuori dell'intestino, questi batteri muoiono. L'incorporazione di meccanismi di sicurezza appropriati è il passo successivo verso un'applicazione in medicina.

Questa ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni ERC a Randall Platt e Andrew Macpherson e da una sovvenzione del Botnar Research Centre for Child Health. Gli studi sui topi sono stati condotti presso la Clean Mouse Facility dell'Università di Berna, sostenuta dalla Genaxen Research Foundation.