Qualità e sicurezza microbiologica nei sistemi alimentari ed ecologia microbiota umano, prof. Guglielmetti

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sostenuta da una altrettanto forte risposta infiammatoria, capace di distruggere virus e patogeni

microbici intracellulari.

Una polarizzazione “eccessiva” verso una risposta Th1 può portare alla comparsa di malattie

autoimmuni (presenza eccessiva di citochine infiammatorie); le cellule Th1 sono ritenute quindi

in grado di promuovere malattie come il morbo di Crohn

T 2, secernenti IL-4, IL-5, IL-13 inducono una risposta anticorpale capace di attaccare e

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distruggere batteri e patogeni extracellulari. La marcata polarizzazione Th2 può portare ad un

eccesso di risposta anticorpale soprattutto verso gli allergeni, con sovrapproduzione di IgE.

Le allergie, quindi, si pensa siano da attribuire all’eccessiva polarizzazione del circuito Th2

T 17, secernenti IL-17 hanno un ruolo chiave nell’induzione di risposte anti-microbiche in

• →

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particolar modo a livello delle mucose e nello sviluppo di diverse malattie autoimmuni, tra cui la

sclerosi multipla, il lupus sistemico eritematoso, la psoriasi e le malattie infiammatorie croniche

intestinali

T , secernenti IL-10 e TGF-β (Transforming Growth Factor) sono i linfociti T regolatori che

• →

reg

svolgono primariamente una funzione inibitoria sulle risposte immunitarie. Le cellule Treg

mantengono l’omeostasi immunitaria e l’equilibrio Th1/Th2.

Un’eccessiva presenza di Treg può portare ad un’incapacità del sistema immunitario di reagire

quando necessario. 24

Il sistema immunitario e l’intestino

Il M.A.L.T. (Mucose Associated Lymphoid Tissue) è composto da tessuti linfatici diversi a seconda del

distretto corporeo in cui si sviluppa, e tutti strettamente interconnessi tra loro.

Il G.A.L.T. (Gut Associated Lymphoid Tissue) rappresenta, negli adulti, il 60% circa del totale di tutti i

distretti! Ciò è comprensibile se si tiene conto dell’enorme superficie di contatto con il mondo esterno a

livello intestinale (superficie superiore a 200m ) rispetto a pelle (2m ) e polmoni (80m ).

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L’importanza dell’intestino nei processi di difesa dell’organismo è oggi unanimemente riconosciuta: è

considerato un organo a spiccata attività immunologica.

Al di sotto dello strato epiteliale intestinale circolano, infatti: mastociti, macrofagi, eosinofili, linfociti T e

B e plasmacellule con produzione di immunoglobuline e citochine

Le Placche di Peyer sono grandi aggregati linfoidi sparsi nella tonaca mucosale dell’intestino

(prevalentemente ileo), centro germinativo di linfociti B circondato da linfociti T. L’epitelio sovrastante le

placche presenta delle cellule di tipo epiteliale ma altamente specializzate, chiamate cellule M che hanno

la capacità di internalizzare antigeni interi e riesprimerli sul versante opposto, dove vengono captati e

processati da cellule presentanti l’antigene come le cellule dendritiche.

Il sistema immunitario intestinale, anche nelle sue strutture più importanti (placche di Peyer), ha un

comportamento anomalo rispetto agli altri distretti immunocompetenti: esso infatti attua una strategia

di tolleranza verso molti antigeni (alimenti) e batteri (alimentari, transienti e commensali) e per questo

si dice abbia un fenotipo tolerogenico.

Interazione tra microrganismi e sistema immunitario a livello dell’epitelio intestinale

Le interazioni tra i microrganismi e la mucosa intestinale coinvolgono

le cellule epiteliali (in blu) e le cellule dendritiche (DC, in giallo).

È stato dimostrato che le cellule dendritiche distribuite lungo tutto

l’epitelio enterico, riescono ad infiltrarsi tra le cellule epiteliali

aprendo le loro giunzioni strette senza cambiare l’organizzazione dei

microvilli, svolgendo in tal modo un’attività di monitoraggio

(sampling) degli antigeni presenti a livello del lume intestinale.

I segnali ricevuti attraverso i recettori (frecce rosse) nelle cellule

epiteliali possono indurre l’azione di “sondaggio” delle DC verso i

batteri del lume intestinale (1). I segnali provenienti dai recettori TLR

nelle cellule epiteliali (2) e nelle cellule del Paneth (cellule rosa; 3)

possono indurre la sintesi ed il rilascio nel lume intestinale di proteine

antimicrobiche (vescicole rosse).

Il ruolo centrale delle DC nell’attivazione della risposta immunitaria a livello intestinale e sistemico

Le cellule dendritiche sono cellule presentanti l’antigene in grado di avviare risposte immunitarie

adattative verso antigeni presenti nel lume intestinale (per es. cellule microbiche). Ciò avviene mediante

più step:

1. Campionamento (sampling) di antigeni (batteri) nel lume intestinale

2. Attivazione (maturazione) delle DC

3. Migrazione delle DC verso i linfonodi mesenterici o la milza

4. Attivazione delle cellule NK o dei linfociti T-helper (risposta Th1 o Th2)

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La stimolazione del sistema immunitario da parte di un batterio a livello locale si traduce in una risposa

immunitaria sistemica.

Effetti immunomodulatori dei microorganismi a livello dell’epitelio intestinale

Il microbiota intestinale contribuisce al benessere dell’individuo grazie a numerosi microrganismi in

grado di innescare una risposta immunitaria (regolatoria o stimolatoria).

La parete di questi batteri, infatti, espone sulla sua superficie il peptidoglicano e altri componenti

coinvolti nell’attivazione delle cellule immuno-competenti dell’intestino, in particolare le DC.

Recenti studi hanno dimostrato che alcuni batteri del genere Lactobacillus interagiscono regolarmente

con le cellule del colon, comprese le DC responsabili della risposta immunitaria primaria. Alcuni ceppi

batterici, per esempio, inducono le cellule dendritiche a promuovere la polarizzazione delle cellule T

helper, funzionando quindi come agenti immunomodulatori attraverso meccanismi ancora non ben

descritti.

Anche batteri alimentari possiedono potenzialmente sulla loro superficie componenti che, riconosciuti

dalle cellule dendritiche, influenzano la differenziazione delle cellule T helper verso il tipo 1 o 2 o uno

stato non polarizzato. In questo caso, i probiotici potrebbero trovare impiego come coadiuvanti di vaccini

o in bioterapie

Il tipo di risposta immunitaria dipende dal tipo di ceppo microbico e dipende dalle caratteristiche

biochimiche dei ligandi microbici coinvolti.

Gli effetti del microbiota sul funzionamento del sistema immunitario comprendono:

Induzione della oral tolerance ovvero di uno stato di non-responsiveness nei confronti

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microrganismi commensali. La tolleranza immunitaria è l’insieme dei meccanismi fisiologici

deputati al mantenimento del sistema immunitario adattativo “indifferente” agli antigeni

autologhi

Mantenimento delle funzioni barriera la barriera intestinale è definita come l’unità

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funzionale che pone in costante equilibrio l’imponente carica antigenica del lume intestinale con

la complessa organizzazione immunologica e non immunologica della mucosa intestinale. Essa

svolge due funzioni fondamentali per la sopravvivenza dell’individuo:

Permette l’assorbimento delle sostanze nutritive

o Difende l’organismo dalla penetrazione di macromolecole dannose un ruolo

o →

fondamentale per le funzioni barriera è svolto dalle giunzioni strette tra le cellule

dell’epitelio (anche dette tight junction o zonulae occludentes)

Maturazione del sistema immunitario a livello locale e sistemico come dimostrato dal fatto

• →

che i topi germ free presentano tessuti linfoidi poco sviluppati, anomalie nello sviluppo di linfociti

B e T, scarsa capacità di attivare risposte di immunità acquisita.

Il microbiota intestinale può influenzare le risposte immunitarie nell’ospite

I prodotti dell’attività metabolica microbica agiscono da molecole segnale e influenzano lo stato metabolico

dell’ospite, agendo non soltanto a livello intestinale ma anche a livello di altri distretti, come fegato e

cervello.

Il microbiota produce acidi grassi a corta catena (SCFA) che costituiscono una fonte preferenziale di

energia per i colonociti, partecipano al mantenimento delle funzioni barriera dell’epitelio intestinale e

sono coinvolti nella proliferazione e modulazione dell’espressione genica nei colonociti.

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Inoltre gli SCFA sono in grado di esercitare un effetto diretto sulla modulazione delle risposte

immunitarie, ad esempio inducendo risposte antiinfiammatorie tramite interazioni con specifici recettori

presenti in cellule del sistema immunitario e anche agendo sulle risposte neuroendocrine (ad esempio

inducendo le cellule cromaffini a produrre serotonina con conseguenti effetti sulla motilità intestinale).

Studio – Induction of intestinal Th17 cells by segmented filamentous bacteria

Topi sterili (Germ-Free, GF) e topi convenzionali (Specific Pathogen Free, SPF) sono stati colonizzati con

batteri filamentosi segmentati (SFB).

Dopo dieci giorni, sono stati isolati i linfociti della lamina propria

dell’intestino tenue; sono stati quindi misurati i livelli di

espressione delle citochine IL-17 e IL-22 in queste cellule

(TCRβ+CD4+): tale colonizzazione è risultata essere sufficiente per

indurre l’espansione di cellule T helper produttrici di IL-17 e IL-22

(cellule Th17) nella lamina propria.

I batteri filamentosi infatti ricoprono totalmente la superficie

dell’intestino e penetrano all’interno degli enterociti: questa

interazione stretta è necessaria per sviluppare risposte di tipo

Th17 e per sviluppare resistenza verso il comune patogeno intestinale murino Citrobacter rodentium.

20.11.17

Studio – An immunomodulatory molecule of symbiotic bacteria directs maturation of the host

immune system

Le molecole in grado di operare una modulazione della risposta immunitaria sono molte, in particolare

quelle legate alla parete o alla superficie esterna del batterio. In questo studio si è analizzato l’effetto

polisaccaride PSA, in grado di regolare la maturazione dei linfociti.

Ad esempio la proteina S-layer di Lactobacillus, è una proteina che ricopre completamente la cellula e si

organizza in modo geometrico formando delle strutture cristalline.

La proteina S-layer si trova in diversi lattobacilli, quali:

- L. helveticus batterio alimntare, si trova nel Grana Padano

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- L. acidophilus batterio commensale coevoluto con l’uomo

→

Entrambi i batteri possiedono quindi MAMP capaci di stimolare l ́immunità innata dell’ospite, sebbene

con attività immunomodulanti diverse. Uno dei principali MAMP di questi batteri è proprio la proteina S-

layer.

Effetti immunomodulanti possono essere esercitati anche da batteri con i quali normalmente il sistema

immunitario dell’ospite non entra in contatto.

Potenzialmente tutti i microrgani