L'infiammazione risveglia i dormienti

I batteriofagi (forma abbreviata: fagi) sono virus che infettano i batteri. I "buoni", i cosiddetti fagi litici, uccidono i batteri dannosi per l'uomo e sono talvolta utilizzati in medicina; i "cattivi", i fagi temperati, invece, trasferiscono i loro geni nei microrganismi, conferendo loro nuove proprietà, come la capacità di produrre una tossina. Il trasferimento dei fagi temperati è quindi considerato la forza trainante dello sviluppo dei batteri in potenti agenti patogeni (vedi riquadro).

Utilizzando l'esempio della salmonella, un comune agente patogeno delle malattie gastrointestinali, i ricercatori guidati dal Fare all'ETH Wolf-Dietrich Hardt hanno ora dimostrato che la reazione infiammatoria dell'organismo promuove effettivamente il trasferimento dei geni fagici ai batteri, aumentando così la patogenicità della salmonella. Il loro studio è stato appena pubblicato sulla rivista "Science".

Trasferimento genico altamente efficiente

Per scoprire la velocità di diffusione dei fagi temperati all'interno di una popolazione di Salmonella, i ricercatori hanno infettato i topi con due diversi ceppi di Salmonella. Un ceppo sponsorizzava il fago "SopE-Phi", mentre l'altro ne era privo.

La Salmonella ha innescato un'infiammazione nell'intestino degli animali. Questo ha portato a un importante cambiamento nella Salmonella-ceppo che sponsorizzava i geni del fago: I geni fagici sono stati espressi, il fago si è moltiplicato e infine è stato rilasciato. La cellula di Salmonella è morta durante il processo. I fagi liberi sono usciti e sono entrati nella seconda cellula. Salmonella-per continuare a moltiplicarsi in quel ceppo. Nel corso del processo, i fagi hanno trasferito i loro geni a quasi tutte le cellule del ceppo che in precedenza erano prive di geni fagici.

Questo cosiddetto trasferimento genico orizzontale è stato talvolta completato dopo soli tre giorni. "Il trasferimento genico è estremamente efficiente. Questo ci ha sorpreso", afferma Hardt, che non si aspettava un'infezione così rapida del ceppo di salmonella precedentemente non contaminato.

Il virus è collegato al sistema di allarme

"L'efficienza del processo può essere spiegata da precedenti conoscenze da manuale", afferma Mérédic Diard, ricercatore post-dottorando del gruppo di Hardt che ha condotto lo studio. Non appena la cellula batterica viene attaccata da fattori infiammatori come i radicali reattivi dell'ossigeno o dell'azoto, rilascia un segnale SOS che attiva il programma di riparazione della cellula stessa. Questo segnale, a sua volta, è un campanello d'allarme per i fagi dormienti nel genoma. "I nostri risultati dimostrano che l'infiammazione dell'intestino favorisce il trasferimento genico orizzontale da parte dei fagi, un importante meccanismo evolutivo dei microrganismi", spiega Hardt.

Finché l'infiammazione continua, le salmonelle appena infettate producono altri fagi, che a loro volta infettano altre salmonelle. Questa reazione a catena può essere impedita se interviene il sistema immunitario specifico. Esso invia al sito di infezione anticorpi specifici contro la salmonella.

Questo rischio di rilascio di fagi può essere ridotto con la vaccinazione: Negli animali vaccinati si impedisce alle salmonelle di scatenare l'infiammazione intestinale. In questo modo si previene anche la risposta SOS e la produzione di fagi.

Il virus come profittatore

Diard ritiene possibile che i fagi "controllino" i batteri in modo da scatenare l'infiammazione nell'intestino in modo ancora più efficiente. Questo favorisce la moltiplicazione del virus nell'intestino. Questo potrebbe anche essere uno dei motivi per cui molti fagi trasmettono ai batteri i geni per la produzione di tossine. Le tossine codificate dai fagi potrebbero causare nell'intestino delle vittime proprio le condizioni che alimentano la produzione dei fagi. "I fagi sono "egoisti". La diarrea causata dalla Salmonella può quindi essere considerata un danno collaterale dell'evoluzione dei fagi", afferma Hardt.