INTRODUZIONE
I libri di testo di microbiologia descrivono tipicamente i fattori di virulenza come strutture o strategie che contribuiscono al potenziale infettivo di un microbo patogeno (5). Queste strutture potrebbero essere capsule, flagelli, pili o sistemi di secrezione di tipo III, mentre le strategie potrebbero comportare la produzione di esotossine, acquisizione di ferro, evasione immunitaria (ad esempio, variazione antigenica o variazione di fase), o traslocazione o interruzione delle membrane dell’ospite. Di solito queste strutture e strategie possono essere assegnate a due categorie primarie, quelle che promuovono la colonizzazione e la sopravvivenza e quelle che causano danni all’ospite. Tuttavia, un caso può essere fatto che molti dei fattori di virulenza nella categoria precedente dovrebbero essere più propriamente caratterizzati come fattori di nicchia, in quanto sono spesso condivisi da organismi commensali innocui che occupano lo stesso sito del corpo.
Un esempio di una struttura che potrebbe essere utilizzata per illustrare questo fenomeno è il pili Tight adherence (Tad) di tipo IVB recentemente identificato in Bifidobacterium breve UCC2003 (7). Utilizzando un elegante approccio genico knockout, questi pili bifidobatteri hanno dimostrato di essere trascritti selettivamente nel tratto gastrointestinale (GI) in modelli murini, dove promuovono la colonizzazione e aiutano la competizione con altri membri del microbiota intestinale. I geni associati sono presenti anche in molte altre specie di Bifidobacterium. Tuttavia, i pili Tad di tipo IV (TadIV) sono fattori di virulenza ben consolidati nei patogeni; un recente studio su pili simili in Yersinia enterocolitica inizia con l’affermazione “I pili di tipo IV sono fattori di virulenza in molti batteri” (9). Sono fattori di virulenza Tad pili o è meglio riferirsi a loro come fattori di nicchia progettati per promuovere la competitività nell’ambiente dinamico del tratto gastrointestinale? Questo non è semplicemente un problema pedante o semantico, non solo perché il linguaggio è importante, ma perché una mancanza di precisione può portare a confusione e può influenzare i progressi nella comprensione scientifica. Una descrizione alternativa potrebbe essere che ” I pili di tipo IV sono fattori di nicchia posseduti da molti batteri patogeni.”Questa è un’affermazione altrettanto informativa, ma forse più precisa. Lo stesso fenomeno si applica a un ceppo probiotico ampiamente commercializzato, Lactobacillus rhamnosus GG, che possiede pili proteici che si trovano anche in patogeni Gram-positivi, tra cui Enterococcus faecalis, dove hanno dimostrato di svolgere un ruolo nella patogenesi (4, 6).
Questa nomenclatura è sorta in parte perché i microbiologi che lavorano su organismi infettivi definiscono abitualmente qualsiasi prodotto genetico che contribuisce al potenziale di virulenza generale di un agente patogeno come “fattore di virulenza.”Questo è il numero di fattori di virulenza che sono stati caratterizzati in anni di ricerca. Abbiamo seguito questa pratica quando abbiamo identificato un sistema di tolleranza della bile in Listeria monocytogenes chiamato BilE, che è una strategia importante per la sopravvivenza gastrointestinale del patogeno (10). Le cellule che esprimono la bile possono escludere la bile, presumibilmente per efflusso, sebbene ciò non sia dimostrato in questa fase. Nei topi infetti per via orale, l’assenza di bile ha un significativo effetto dannoso sul potenziale di virulenza del ceppo mutante, che non è osservato negli animali infettati per via intraperitoneale. Abbiamo ipotizzato che la bile fosse un fattore di virulenza basato sul fatto che la bile si incontra solo nel corpo e anche sul fatto che i geni biliari sono sotto il controllo del regolatore di virulenza principale in L. monocytogenes, PrfA. Abbiamo concluso che la bile era un fattore di virulenza gastrointestinale, poiché è chiaramente importante nel potenziale patogeno generale dell’organismo. Tuttavia, con il senno di poi, questo è un buon esempio di un “fattore di nicchia”, poiché meccanismi di tolleranza biliare simili (siano essi genotipicamente simili o meno) devono esistere in organismi commensali che fanno la loro casa nelle regioni ricche di bile del tratto GASTROINTESTINALE. Forse non dovrebbe più essere sufficiente definire un fattore di virulenza dal suo impatto complessivo sulla dose infettiva o sul potenziale di virulenza di un agente patogeno, ma piuttosto dovrebbe essere imposto che deve essere dimostrato che il particolare sistema gioca un ruolo significativo nella patogenesi e non si trova nei batteri commensali che occupano lo stesso sito o nicchia del corpo. La bile potrebbe essere meglio descritta come un fattore di nicchia richiesto per la sopravvivenza gastrointestinale della Listeria, che svolge un ruolo importante nello stile di vita infettivo del patogeno. Un altro esempio correlato è la presenza di idrolasi di sale biliare nei commensali intestinali e nei patogeni. Uno studio elegante ha dichiarato chiaramente che “Listeria monocytogenes bile sale idrolasi è un fattore di virulenza PrfA-regolata” (3). Tuttavia, abbiamo dimostrato che l’eliminazione dei geni bsh in L. monocytogenes riduce la capacità dell’organismo di colonizzare riducendo la sua capacità di far fronte alla bile nell’intestino (1) e l’attività dell’idrolasi del sale biliare (BSH) è presente anche in molti commensali commercializzati come probiotici (2). Questo sarebbe un altro esempio di un fattore di nicchia piuttosto che un fattore di virulenza. In generale, dovremmo evitare di usare il termine fattore di virulenza per descrivere i prodotti e le strategie geniche che sono ampiamente diffuse nei microbi commensali conviventi.
La necessità di un linguaggio più preciso è particolarmente rilevante nel caso specifico dei probiotici. I probiotici sono microbi che se consumati in quantità adeguate conferiscono un effetto benefico sull’ospite. Probiotici e patogeni gastrointestinali condividono una serie simile di sfide dopo l’ingestione (Fig. 1), e quindi, non sorprende che condividano strategie simili per far fronte a queste sfide. Ciò è particolarmente vero dato che la fonte originale della maggior parte dei probiotici e di molti agenti patogeni è il tratto gastrointestinale stesso, dove la maggior parte di queste sfide sarà continuamente incontrata. Ciò potrebbe avere implicazioni significative per la scienza probiotica, in quanto è probabile che le agenzie di regolamentazione richiedano sequenze genomiche complete e prove che “fattori di virulenza” sono assenti in qualsiasi nuovo commensale proposto per l’uso come probiotico. In effetti, le linee guida dell’Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA) sui microbi che raggiungono lo stato di presunzione qualificata di sicurezza (QPS) utilizzano i termini fattore di virulenza e determinanti di virulenza, ma senza definizione (8). L’intento normativo è chiaro, in quanto dovremmo evitare l’uso di organismi che potrebbero potenzialmente infliggere danni all’ospite nelle circostanze della loro consegna in numero elevato al tratto GASTROINTESTINALE. Tuttavia, la maggior parte dei microbi proposti per l’uso come probiotici possederà molte delle strategie di colonizzazione e sopravvivenza utilizzate anche dai patogeni, che potrebbero essere stati stabiliti in letteratura come fattori di virulenza in buona fede. Ciò potrebbe inavvertitamente portare a confusione normativa, dal momento che un’interpretazione letterale vieterebbe l’uso di Bifidobacterium breve e molti altri bifidobatteri come probiotici sulla base della presenza di geni codificanti TadIV pili, che sicuramente non è l’intenzione delle agenzie di regolamentazione e non è a beneficio del consumatore.
Sfide affrontate da organismi probiotici e patogeni.
al fine di generare una discussione su questo argomento, potrebbe essere proposto un vero e proprio fattore di virulenza sarebbe definito come un prodotto, di una struttura o di una strategia che aiuta un microbo ottenere l’accesso a o sopravvivere normalmente noncolonized siti di corpo o compartimenti cellulari (ad esempio, internalins e invasins), che causano danni al corpo (ad esempio, citolitica o emolitica tossine), causare la disregolazione del sistema immunitario al punto di creare i sintomi della malattia (ad es., superantigeni), o causare una risposta neurologica che ancora una volta porta a sintomi di malattia (ad esempio, neurotossine). I fattori di nicchia includerebbero prodotti o strategie che promuovono la motilità, la tolleranza della bile, l’evasione immunitaria nei siti del corpo non sterili, l’acquisizione di macro e micronutrienti, i meccanismi di attaccamento e varie altre strategie di comunicazione di colonizzazione e microbo – host.
Ci saranno casi in cui fattori di colonizzazione come le adesine che promuovono l’attaccamento a siti normalmente non colonizzati, come Pap pili in Escherichia coli uropatogenico, manterrebbero il loro status di fattori di virulenza, poiché le controparti commensali non sono abbondanti e la colonizzazione di un sito normalmente non colonizzato è in gran parte responsabile dei sintomi della malattia. Allo stesso modo, i fattori per eludere il complemento e gli anticorpi sierici continuerebbero a essere definiti come fattori di virulenza, mentre i fattori che promuovono il distacco dalla mucina nell’intestino diventerebbero fattori di nicchia. Sebbene questa proposta non sia un tentativo di essere prescrittiva o completa, idealmente provocherebbe una considerazione se un dato sistema sia un fattore di nicchia o di virulenza caso per caso. Mentre tutti potrebbero non essere d’accordo con ogni conclusione o proposta, sembrerebbe preferibile una caratterizzazione predefinita di ogni sistema che influenza la virulenza complessiva come fattore di virulenza.
Abbiamo una relazione complicata con i microbi che abitano tutti i nostri siti del corpo esposti, dai commensali che possono diventare patogeni opportunistici in ospiti compromessi ai patogeni che possono esistere in uno stato vettore come commensali in soggetti sani. Per descrivere più precisamente queste interazioni, abbiamo bisogno di un linguaggio preciso che informi piuttosto che complicare la nostra comprensione. I fattori di nicchia di termine potrebbero applicarsi all’intestino, alla cavità orale, alla pelle e al tratto urogenitale—o a qualsiasi sito normalmente colonizzato nel superorganismo umano. Naturalmente, i fattori di nicchia potrebbero applicarsi anche ad altri siti ambientali al di fuori del corpo, ed è importante in tutti i casi che il termine fattore di nicchia sia utilizzato solo nel contesto di una nicchia ambientale dichiarata.