Gli scienziati stanno scoprendo come i microbi “parlano” con il corpo con l’obiettivo di manipolarlo a nostro favore contro le malattie autoimmuni.

Come comunicano i sistemi complessi, intestino compreso? 

I sistemi complessi trasmettono le informazioni attraverso segnali, ad esempio i mercati hanno prezzi, i computer utilizzano il sistema numerico binario e gli esseri umani comunicano parlando e scrivendo. In sintesi, il sistema funziona quando i segnali codificati e decodificati rappresentano in modo affidabile il significato concordato.

All’interno di questi sistemi il mimetismo può essere una parte delle relazioni mutualistiche che avvantaggiano sia il modello che l’imitazione, dimostrando la condivisione produttiva di un “linguaggio”.

L’intestino imita il linguaggio del sistema immunitario 

Il modo in cui ospitiamo e dipendiamo dai batteri nel nostro intestino è un esempio di mutualismo. Un recente studio ha dimostrato che i batteri intestinali hanno imparato a parlare il linguaggio complesso del nostro sistema immunitario, mimando e modificando un segnale pro-infiammatorio in uno per la soppressione immunitaria. In questo modo ci proteggono in modo diretto dai danni causati da patologie autoimmuni in cui il il corpo attacca se stesso.

Il sistema immunitario e i due gruppi di cellule 

Pensiamo al sistema immunitario come a due gruppi principali di cellule:

• Cellule di sorveglianza.
• Cellule decisive.

Le cellule di sorveglianza, chiamate anche APC in quanto sono cellule che presentano l’antigene, si muovono intorno al corpo e inglobano fisicamente ogni detrito cellulare che trovano – comprese le cellule batteriche intere. Lo digeriscono in piccoli frammenti e poi decorano la loro superficie esterna con frammenti di ciò che hanno trovato. Infine presentano le loro “scoperte” alle loro cellule decisive più esigenti.

Le cellule decisive importanti, chiamate cellule T, producono un attacco immunitario in base alle informazioni che ricevono è a loro carico.

Quando la chiave proteica si adatta, il nostro sistema immunitario si attiva

Il passaggio tra gli APC e le cellule T è un punto cruciale di comunicazione in cui i dettagli sono importanti. Le cellule T sono addestrate a distinguere frammenti di proteine estranee – come quelle di batteri nocivi – da frammenti di proteine umane. Lo fanno usando i recettori sulla loro superficie, che sono specifici per diversi frammenti proteici, in modo che le “serrature” richiedano chiavi specifiche.

Quando la chiave si adatta, il nostro sistema immunitario si attiva finché la minaccia possa essere risolta.

Frammenti delle proteine del corpo fanno parte dei detriti cellulari aspirati dagli APC. Fortunatamente, sono in atto due sistemi per impedire a tali frammenti di attivare l’attivazione immunitaria.

In primo luogo, le cellule T con i corrispondenti recettori sono molto rare nella popolazione totale delle cellule T. In secondo luogo, in alcuni casi, i frammenti proteici corrispondono, ma interagiscono con il recettore delle cellule T in un modo più debole. Queste interazioni leganti deboli segnalano alla cellula T di sopprimere l’attività immunitaria.

Da cosa derivano i disturbi intestinali infiammatori

La soppressione immunitaria locale sembra rischiosa, ma è l’antidoto perfetto quando il sistema immunitario viene accidentalmente attivato da una proteina umana. Il danno cellulare causato dall’attivazione immunitaria spesso rilascia più proteine umane nell’ambiente, innescando una maggiore attivazione, in un ciclo di feedback positivo. Si pensa che i Disturbi Intestinali Infiammatori (IBD) derivino da una variazione su questo, dove le cellule immunitarie sono eccessivamente inclini ad attaccare i nostri batteri intestinali amichevoli e commensali.

Parlando di proteine

Uno studio di Roopa Hebbandi Nanjundappa e Francesca Ronchi dell’Università di Calgary descrive un comune batterio intestinale umano che inonda il centro di segnalazione del sistema immunitario con una mimica di un frammento di proteina ospite con quella rara capacità di soppressione immunitaria. Seguendo tutte le regole esistenti del linguaggio dell’interazione del frammento e del recettore proteico, un batterio dell’intestino invia un segnale che alla fine ci protegge dal danno autoimmune.

Negli Stati Uniti, le specie Bacteroides sono il gruppo più abbondante di batteri nell’intestino umano.

La scoperta

Ricercando i genomi delle specie Bacteroides, i ricercatori hanno scoperto che molti Bacteroides esprimevano una proteina che aveva un piccolo frammento in comune con una proteina umana. In un modello sui topi, questi hanno subito un danno significativamente maggiore dalle IBD quando i loro Bacteroides mancavano del frammento, suggerendo che le specie Bacteroides forniscono un soppressore immunitario naturale che protegge sia noi che i nostri batteri intestinali commensali dall’attacco autoimmune.

I tassi di mutazione da soli non possono spiegare la proteina fortunata in Bacteroides.

I batteri, a causa del loro rapido tasso di crescita, possono evolversi e potenzialmente cambiare il loro materiale genetico molto più rapidamente degli umani, ma il tasso di mutazione da solo non può spiegare l’origine di un frammento di proteina così fortunata in Bacteroides. Infatti, tutti i genomi batterici ospitano elementi genetici ancora più piccoli che spesso hanno i loro meccanismi per diffondersi rapidamente attraverso le popolazioni, contribuendo in modo significativo alla diversità genetica batterica. La proteina Bacteroides che è la fonte della mimica del frammento umano è codificata all’interno di un tale elemento genetico, chiamato trasposone, che è saltato nei genomi di più specie di Bacteroides.

Sebbene la proteina del trasposone avesse (o abbia tuttora) una funzione originale completamente distinta dalla proteina umana che imita, come parte del genoma di Bacteroides dove attualmente vive, contribuisce non solo alla fisiologia dell’ospite diretto ma alla fisiologia umana, attraverso il suo fortuito/casuale/occasionale/accidentale impegno con la lingua del nostro sistema immunitario.

Le conclusioni

La fitta rete di interazioni che non si vede tra noi e il nostro microbioma viene rapidamente tracciata. Un vantaggio nell’ospitare trilioni di batteri è che esplorano rapidamente lo spazio genetico e strutturale: alla fine della giornata, le funzioni a vantaggio nostro e del nostro microbioma, limitando le malattie e ripristinando l’equilibrio del nostro sistema immunitario, sono quelle che hanno maggiori probabilità di ultimo. I batteri nel nostro microbioma hanno trascorso secoli identificando e imparando a tirare le leve del nostro sistema immunitario. Per coloro che sono interessati a progettare terapie efficaci per i disturbi autoimmuni, c’è molto da imparare da loro.

Fonti:

https://massivesci.com/articles/gut-bacteria-immune-system-protein-language/

http://ilmiodiabete.com/2018/03/perche-i-batteri-intestinali-sono-essenziali-per-un-sistema-immunitario-sano/