Batteri nocivi mascherati da globuli rossi per eludere il sistema immunitario

Anche le singole cellule a volte devono essere maestri del travestimento.

Vari tipi di batteri nocivi, ad esempio, si mascherano da cellule umane per eludere il sistema immunitario, coprendo le loro superfici con molecole che assomigliano alle nostre. Il trucco intelligente dà efficacemente i patogeni “mantelli di invisibilità”, dice David Gonzalez, biochimico e microbiologo presso l’Università della California, San Diego.

Ora, Gonzalez e il suo team hanno scoperto una nuova forma di questo mimetismo microbico che è particolarmente macabro. Per evitare di essere spenti dal sistema immunitario, i batteri che causano mal di gola strappano i globuli rossi e poi si vestono nei detriti, come riportato oggi nella rivista Cell Reports.

Quando questa strategia funziona, i batteri, chiamati streptococco di gruppo A (streptococco di gruppo A), rimangono nascosti mentre devastano il corpo, mostrano gli esperimenti sui topi dello studio. Ma quando una proteina nei batteri responsabili del travestimento sanguigno viene tagliata fuori dal genoma dello streptococco, i microbi vengono lasciati esposti, consentendo al sistema immunitario di attaccare gli agenti patogeni e prevenire un’infezione potenzialmente mortale.

Comprendere la biologia alla base del sanguinoso atto di scomparsa dello streptococco del gruppo A potrebbe aiutare la ricerca di nuovi farmaci che “spogliano i batteri in modo che possano essere efficacemente eliminati o uccisi”, afferma Martina Sanderson-Smith, microbiologa molecolare presso l’Università di Wollongong in Australia che non è stata coinvolta nello studio. “Questo è un esempio di scienza della scoperta al suo meglio.”

Tra i patogeni, lo streptococco di gruppo A è qualcosa di un coltellino svizzero. Questi microbi versatili possono colonizzare la pelle, la gola, i genitali e altro ancora e infettano centinaia di milioni di persone ogni anno. Molte infezioni non progrediscono oltre un fastidioso rash o mal di gola, ma in circostanze più terribili, i batteri possono minacciare la vita con condizioni come la febbre reumatica, la sindrome da shock tossico o la malattia carnivora.

Un microbiologo del Max-Planck-Institute for Infection Biology prepara una colonia batterica del ceppo Streptococcus pyogenes, la specie primaria del gruppo A strep, su una piastra di agar del sangue. (Wolfgang Kumm / Picture Alliance via Getty Images)

Sebbene esistano antibiotici contro lo streptococco di gruppo A, la resistenza ad alcuni farmaci sta crescendo tra i ceppi in tutto il mondo e non sono disponibili vaccini in commercio. Trovare nuovi trattamenti per combattere questi agenti patogeni, Gonzalez dice, potrebbe prevenire alcuni dei 500.000-plus morti che causano ogni anno.

Molto di come il gruppo A riesce a superare in astuzia le difese del corpo rimane misterioso. Per capire meglio i modi sfuggenti dei batteri, Gonzalez e il suo laboratorio hanno trascorso gli ultimi anni a studiare la suite di molecole prodotte dal patogeno durante l’infezione. Alcune di queste molecole si attaccano ai globuli rossi, tra cui una manciata di proteine che possono strappare le cellule a brandelli.

Ma quando i ricercatori hanno usato nanoparticelle rivestite con pezzi di cellule del sangue come esca, hanno intrappolato una nuova proteina chiamata proteina S. Invece di strappare le cellule del sangue a parte, questa molecola ha permesso ai batteri di aggrapparsi ai pezzi lasciati alle spalle.

All’inizio, la viscosità apparentemente innocua di S protein sconcertò Gonzalez e il suo team. Ma presto si resero conto che poteva permettere ai batteri di passare come le stesse cellule che avevano distrutto – l’equivalente microscopico dei lupi vestiti da pecora.

L’inganno è una tattica insolita, ma efficace, dice la co-prima autrice Anaamika Campeau, biochimica nel laboratorio di Gonzalez. Per nascondere tutte le caratteristiche che potrebbero incriminare gruppo A streptococco come invasori stranieri, i microbi stessi gesso con pezzi di cellule del sistema immunitario vede tutto il tempo e sa di non attaccare, spiega. “Una volta che siamo arrivati a quell’idea, tutto è andato a posto.”

L’interazione tra streptococco di gruppo A e globuli rossi era così forte che i batteri diventavano cremisi brillanti quando venivano trasformati in soluzioni di sangue umano. Le cellule immunitarie, sconvolte dal travestimento sanguinoso, in gran parte non riuscirono a catturare e uccidere gli aspiranti invasori.

Quando i ricercatori hanno generato un ceppo mutante dei batteri che non poteva produrre la proteina S, tuttavia, ha faticato a mascherarsi, diventando solo debolmente rosa in presenza di sangue. I patogeni modificati non hanno ingannato le cellule immunitarie, che hanno rapidamente divorato i loro bersagli.

Normale gruppo A strep (destra) girare rosso brillante quando sono mescolati con globuli rossi, mascherandosi come le cellule del sangue. Gruppo A streptococco mancante proteina S (medio) sono solo debolmente rosa. Un ceppo con proteina S aggiunto indietro (a destra) sembra normale. (Wierzbicki et al. / Rapporti cella 2019)

Per testare la potenza degli effetti evasivi della proteina S, i ricercatori hanno quindi iniettato ciascuno dei due ceppi batterici nei topi. Mentre quasi tutti gli animali infettati con tipico gruppo A streptococco rapidamente perso peso e sono morti, ogni topo che ha ottenuto i microbi mutanti è sopravvissuto ed è rimasto a una dimensione sana.

La differenza era così sorprendente che, all’inizio, Gonzalez e il suo team erano certi di aver commesso un errore. Ma anche con più della dose letale di batteri mutanti, dice, ” i topi erano ancora felici come possono essere.”

I microbi che imitano le cellule ospiti non sono un nuovo trucco biologico, dice Tiara Pérez Morales, un microbiologo molecolare dell’Università Benedettina che non è stato coinvolto nello studio. Ma il nuovo studio mette un colpo di scena su una vecchia storia. “Stanno indossando un costume e fingono di essere globuli rossi”, dice. “Non penso di poter pensare a nient’altro di simile.”

La perdita di S proteine così gravemente muscoli posteriori della coscia i batteri che la molecola potrebbe essere un bersaglio attraente per nuovi farmaci in futuro, Sanderson-Smith dice. Bloccare l’attività della proteina durante l’infezione essenzialmente lascerebbe i batteri nel buff, aiutando le cellule immunitarie a identificare e distruggere gli agenti patogeni.

Un abstract grafico del gruppo patogeno streptococco A camuffato come globuli rossi. (Dorota Wierzbicki)

Gonzalez spera che i trattamenti a base di proteine S andranno oltre il semplice smascheramento del gruppo A streptococco. Dopo aver ricevuto una dose pesante dei batteri mutanti, i topi hanno cominciato a sfornare proteine immunitarie-un’indicazione, dice, che il ceppo alterato aveva allertato il corpo alla sua presenza senza causare gravi danni. I microbi, a quanto pare, erano diventati un vaccino vivente.

Il team ha quindi condotto un esperimento finale, dosando i topi con i batteri mutanti o una soluzione salina prima di reinfettarli con lo streptococco di gruppo A normale tre settimane dopo. Mentre il 90 per cento degli animali trattati con soluzione salina è morto entro dieci giorni, sette degli otto topi che erano stati esposti per la prima volta al ceppo mutante tirato attraverso.

“È stato emozionante da vedere”, afferma Pérez Morales, aggiungendo che i risultati potrebbero rivelarsi particolarmente significativi se possono essere ripetuti in altri membri del genere Streptococcus, che include diversi altri agenti patogeni che sembrano anche produrre proteine S.

Ma Pérez Morales e Sanderson-Smith avvertono che deve accadere molto di più prima che la vaccinazione umana possa essere considerata. I microbi e le cellule immunitarie con cui si parano sono estremamente complessi e in continua evoluzione, e ciò che funziona nei topi non sempre si traduce nelle persone. Altri candidati al vaccino hanno mostrato promesse nel corso degli anni, ma hanno incontrato diversi ostacoli che li hanno tenuti fuori dalla clinica.

Tuttavia, poiché la questione della resistenza agli antibiotici continua a diffondersi in tutto il mondo, questo studio evidenzia l’importanza di adottare nuovi approcci creativi al trattamento. “Abbiamo bisogno di alternative”, dice Pérez Morales. “Non possiamo continuare a colpire questo problema con gli antibiotici.”

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