In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università di Chicago sono stati in grado di prevedere le infezioni postoperatorie nei pazienti sottoposti a trapianto di fegato analizzando il loro microbioma intestinale. La loro analisi rappresenta un passo avanti fondamentale nell’esplorazione della connessione tra il microbioma intestinale, i batteri che popolano il corpo umano, e la salute generale.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Cell Host & Microbo.
Microbioma intestinale: come può essere di aiuto nei trapianti di fegato?
“La resistenza agli antibiotici cresce ogni anno e peggiora. Senza antibiotici che funzionano, non possiamo fare cose come eseguire interventi chirurgici, proteggere i neonati prematuri o curare il cancro,” ha affermato Christopher Lehmann, MD, assistente professore di medicina presso la UChicago Medicine e autore principale dello studio. “Si scopre che il microbioma umano, in particolare quello intestinale, si è adattato per combattere i batteri resistenti ai farmaci nel corso della storia. Dobbiamo cercare di capire come funziona per combattere queste infezioni resistenti ai farmaci.”
I pazienti sottoposti a trapianto di fegato sono particolarmente suscettibili alle infezioni resistenti ai farmaci, quindi Lehmann e i suoi colleghi ricercatori hanno analizzato campioni fecali di oltre 100 pazienti sottoposti a trapianto di fegato per vedere se il microbioma potrebbe influenzare il rischio di infezione.
I ricercatori hanno scoperto un’ampia gamma di composizioni del microbioma in diversi pazienti.
“Un microbioma sano sarebbe composto da oltre un trilione di cellule batteriche , con migliaia di specie uniche, come una foresta pluviale diversificata,” ha spiegato Lehmann. “Alcuni pazienti vedono l’intero ecosistema spazzato via.” Hanno ancora più di un trilione di cellule, ma esiste una sola specie batterica, solitamente dannosa e resistente ai farmaci. Sarebbe come abbattere la foresta pluviale e piantare soltanto una sola specie di erbaccia dannosa.”
I ricercatori hanno scoperto che i microbiomi sani producono diversi metaboliti chiave, che sono molecole prodotte attraverso la digestione o altri processi chimici all’interno di un organismo. Questi metaboliti includono acidi grassi a catena corta, che sono benefici per gli ospiti umani, così come acidi biliari secondari prodotti quando i batteri modificano gli acidi biliari umani per adattarsi i propri bisogni.
Si è scoperto che in un microbioma diversificato, tali esigenze includono la lotta contro i batteri resistenti ai farmaci. Alcuni degli acidi biliari sono altamente tossici per i batteri come l’Enterococco resistente alla vancomicina (VRE), un tipo di batteri resistenti agli antibiotici che spesso causa infezioni in pazienti sottoposti a intervento chirurgico, trattamento antitumorale o terapia intensiva.
Successivamente, i ricercatori hanno esaminato i loro dati per vedere se esistesse una correlazione tra la composizione del microbioma e le infezioni postoperatorie.
“Si è scoperto che la quantità di agenti patogeni resistenti ai farmaci nel microbioma prevedeva le infezioni postoperatorie con una precisione che normalmente cercheremmo in un test clinico,” Ha detto Lehmann.
La squadra ha poi fatto un ulteriore passo avanti. Invece di sequenziare i genomi per identificare specie batteriche specifiche, hanno deciso di esaminare solo i metaboliti nei batteri dei pazienti per vedere se quelle molecole offrivano lo stesso valore predittivo.
I soli metaboliti hanno permesso loro di classificare i pazienti in due categorie: microbiomi sani e microbiomi malsani. Facendo il salto analitico finale, gli scienziati hanno scoperto che potevano usare i metaboliti per prevedere se un paziente avrebbe contratto un’infezione.
“Possiamo passare direttamente dai metaboliti alla previsione di un risultato clinico”, ha affermato. Ha detto Lehmann. “Ciò è importante perché l’analisi metabolomica può essere eseguita molto rapidamente, mentre il sequenziamento è relativamente lento.”
L’algoritmo analitico è attualmente molto complicato e necessiterebbe di un’ampia validazione prima di essere utilizzato come test diagnostico o predittivo nella pratica clinica. Tuttavia, questi risultati sul microbioma intestinale gettano le basi per studi futuri che potrebbero consolidare la connessione tra infezione e metaboliti nelle feci, oltre a esplorare potenziali relazioni causali.
“Il prossimo passo di questo corso di ricerca sarà indagare se possiamo utilizzare questi risultati per correggere il microbioma delle persone”, ha affermato il ricercatore. Ha detto Lehmann. I pazienti che hanno microbiomi intestinali malsani e monospecie e sono ad alto rischio di infezione potrebbero potenzialmente ricevere batteri intestinali sani da fonti esterne per ripristinare la produzione di metaboliti sani, comprese molecole come gli acidi biliari secondari che possono aiutare a proteggere dalle infezioni resistenti ai farmaci.
Nel 2023, la FDA ha approvato due prodotti per il ripristino del microbioma. “Il ripristino del microbioma non è in un futuro lontano; è già nel presente,” Lehmann ha detto.
La Divisione di Scienze Biologiche dell’Università di Chicago dispone già di una biobanca contenente migliaia di batteri, tutti analizzati e classificati in base ai loro genomi e ai metaboliti che producono. UChicago sta costruendo una struttura conforme alle Good Manufacturing Practices (GMP) che consentirà agli scienziati di produrre, filtrare e liofilizzare batteri del microbioma intestinale derivati da donatori sani e confezionarli in capsule di grado farmaceutico che le persone possono assumere come pillole.
“Abbiamo già creato una manciata di cocktail di batteri del microbioma che mancano nei pazienti che hanno avuto esiti sfavorevoli, ma sono presenti in pazienti che hanno esiti buoni,” ha affermato il ricercatore. Ha detto Lehmann. “Quei batteri possono lavorare insieme per produrre i metaboliti che mancavano nei pazienti che hanno contratto infezioni, e quindi possono abitare l’intestino e teoricamente difendersi da futuri esiti negativi.”
Nei pazienti che hanno ricevuto un trattamento antibiotico ad ampio spettro, tali capsule potrebbero essere utilizzate per ripopolare i batteri del microbioma intestinale sano che sono stati spazzati via. Nei pazienti ad alto rischio di infezioni batteriche resistenti ai farmaci, l’integrazione dei metaboliti del microbioma può essere in grado di fornire una certa protezione.
“Abbiamo perso la battaglia contro i batteri multipli resistenti ai farmaci, quindi abbiamo un disperato bisogno di più armi,” Ha detto Lehmann. “Comprendere il microbioma, testarne la salute e ripristinarlo sono tutti nuovi strumenti cruciali che possiamo aggiungere al nostro arsenale.”
