Ricerche

Il microbioma umano include il materiale genetico di oltre 100 trilioni di piccoli microrganismi (funghi, lievito, batteri e persino virus), la maggior parte dei quali risiedono nel nostro tratto gastrointestinale come guardiani della salute. Ma quando un microbioma sano lascia il posto a uno squilibrato - un 'patobioma' - può insorgere un qualsiasi numero di problemi di salute, dall'artrite reumatoide, alla vaginosi batterica.

Nuovi dati pubblicati da ricercatori della Drexel University su Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, forniscono maggiori evidenze della possibilità che lo sviluppo di un patobioma nel cervello possa causare alcune forme di morbo di Alzheimer (MA) e di una demenza correlata.

Quando i biomi diventano malsani, per invasione di agenti patogeni esterni, o per un grande cambiamento nel numero relativo delle specie microbiche presenti, si verifica una disbiosi, lo squilibrio nel microbiota. Questa disbiosi può alterare il metabolismo umano e causare infiammazione, che è stata legata al danno tissutale osservato nella colite ulcerosa, nell'artrite reumatoide e in molte altre malattie infiammatorie croniche.

Studiando 130 campioni presi dal cervello donato da 32 persone, 16 con MA e 16 coetanei di controllo senza la malattia, i ricercatori della Drexel hanno trovato flora batterica in tutti i cervelli, ma quelli di MA hanno mostrato profili batterici profondamente diversi rispetto ai coetanei di controllo.

Il gruppo ha usato il 'sequenziamento genetico RNA ribosomiale 16s' a lunghezza intera, una tecnica in grado di rilevare qualsiasi specie batterica presente in un campione. In questo processo, i ricercatori hanno individuato serie di batteri specifici per malattia in quasi tutti i cervelli colpiti dal MA, suggerendo che questi gruppi di batteri sono forti predittori della malattia.

Gli autori hanno rilevato 5 microbiomi cerebrali, 4 dei quali si ipotizza che siano presenti in momenti diversi nell'evoluzione del cervello colpito dal MA. Gli autori hanno affermato che è probabile che i microbiomi di MA osservati si evolvano per diventare più patogeni man mano che la malattia progredisce nelle fasi successive caratterizzate da patobioma.

Gli autori ipotizzano che il cervello inizi con un bioma sano, ma man mano che la malattia si sviluppa, il bioma sano viene soppiantato da una nuova serie di microbi che sostituiscono quelli sani originali, con il risultato finale di avere il patobioma di MA.

Sono stati prelevati da entrambi i gruppi campioni di cervello dai lobi frontali e temporali e dalla corteccia entorinale. Sulla base della distribuzione casuale dei microbiomi che richiedono il trasporto in tutto il cervello, i risultati erano coerenti con il fallimento in una o più reti del cervello.

Tuttavia, è troppo presto per dire se i modelli di distribuzione osservati derivano da una barriera emato-encefalica che perde, dal sistema glinfatico del cervello o dalla trasmissione sinaptonemica che consente ai batteri, come il Cutibacterium acnes (l'ex proprionibacterium acnes), il Metilobacterium, il Bacillus, il Caulobacter, il Delftia e il Variovora di entrare nel cervello.

Nei campioni cerebrali di MA, hanno osservato i ricercatori, questi batteri patogeni sembravano aver sopraffatto e sostituito i batteri Comamonas sp., che sono associati a un cervello privo di demenza.

"Forse la distruzione dei batteri Comamonas, parte di un microbioma cerebrale sano, è il primo segno di demenza imminente", ha detto Garth D. Ehrlich PhD, professore della facoltà di medicina, e autore senior dello studio. "Ora abbiamo le domande per guidare studi futuri, ma le ipotesi sono molte. I colpevoli potrebbero essere allo stesso tempo batteri o qualcos'altro, come funghi, parassiti o virus".

Quando un paziente ha il MA, sperimenta infiammazione nel cervello caratterizzata da depositi di amiloide-beta (Aβ) formati da un aumento della produzione del peptide Aβ (un peptide antimicrobico, che fa parte della risposta immunitaria innata) con il risultato di formare placche nel cervello. Ancora, il MA è caratterizzato dalla presenza nelle cellule di grovigli di proteine tau, caratterizzate da fosforilazione anormale, che alla fine portano alla distruzione di sinapsi e neuroni, ma che hanno anche dimostrato di aiutare a fermare la diffusione di agenti patogeni nel cervello.

Queste patologie orientate alle proteine (la base della cosiddetta 'ipotesi cascata amiloide') sono al centro della ricerca di MA da decenni. Di recente, degli studi stanno sfidando quel modello suggerendo un ruolo di batteri, funghi e virus, del sistema immunitario e dell'infiammazione cerebrale, che alcuni ricercatori chiamano 'ipotesi patogena'.

"Molti studi hanno ora dimostrato la presenza di batteri nel cervello colpito dal MA", ha affermato Jeffrey Lapides PhD, professore associato e autore senior dello studio. “Forse le placche, i cui componenti hanno proprietà anti-microbiche in vitro, non sono la causa diretta di MA, ma sono invece una risposta ai batteri nel cervello, alcuni benigni, altri patogeni, che forse causa danni che non provocano ancora deficit cognitivi, rendendoli parte del patobioma".

Questa serie unica di batteri presenti nel cervello di MA si trova comunemente anche nel cervello affetto dalla malattia neurodegenerativa sclerosi laterale amiotrofica (SLA), suggerendo che questa serie di batteri può contribuire a più di una malattia neurologica. Il prossimo passo di questa ricerca, secondo gli autori, è studiare i possibili contributi di altri microbi e capire cosa è successo fisiologicamente nel cervello, per far cambiare questo microbioma nel tempo.

"Lo sviluppo di MA e di altre demenze è complesso e probabilmente comporta l'interazione di molti sistemi", ha affermato Ehrlich. "Credo che più infezioni insorgono nel cervello, maggiore è il rischio di MA. Ci sono molti agenti patogeni che probabilmente aumentano il rischio. Questo patobioma non è l'intera risposta, ma è un pezzo del puzzle".

Anche la posizione esatta dei batteri problematici all'interno del cervello è una domanda aperta, secondo la squadra. I ricercatori devono sapere più precisamente dove sono i batteri per capire meglio il loro ruolo. Gli autori hanno scoperto che quando un patobioma malsano si trova nel lobo frontale, è molto alta la probabilità che sia presente il MA. È meno probabile che si sviluppi nel lobo temporale.

Nonostante le molte incognite, gli autori hanno affermato che questo è un passo avanti significativo per studiare il microbioma.