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I cambiamenti nella miscela batterica legata agli antibiotici aumentano il rischio di diabete di tipo 1 nel modello animale

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Un singolo ciclo di antibiotici all’inizio dell’infanzia può aumentare il rischio di diabete di tipo 1. Questo è il risultato di uno studio condotto su topi guidati da ricercatori della NYU Medical School e pubblicati online il 24 luglio sulla rivista eLife.

Lo studio è incentrato sul microbioma intestinale, il mix di specie batteriche che vivono nel tratto digestivo e che si è co-evoluto con gli umani per giocare ruoli nella nutrizione e nell’immunità. Poiché i tassi di esposizione dei bambini agli antibiotici sono aumentati negli ultimi decenni – con ogni bambino che riceve quasi tre corsi in media nei primi due anni di vita – il numero di pazienti con diabete di tipo 1 è raddoppiato, affermano gli autori dello studio.

Nel lavoro precedente, e usando topi che hanno un tasso insolitamente alto di diabete di tipo 1, il gruppo di ricercatori ha scoperto che l’esposizione a più cicli di antibiotici ha accelerato l’inizio di questa malattia. Lo studio attuale rileva come anche un singolo corso antibiotico ha aumentato significativamente il rischio e la gravità.

Il normale mix di microbi ereditati è pensato per “educare” il sistema immunitario fondatore, con l’evoluzione che sceglie i microbi che diminuiscono la sensibilità delle cellule immunitarie, rendendo meno probabile un attacco erroneo delle cellule del corpo stesso, affermano gli autori. Nelle malattie autoimmuni come il diabete di tipo 1, le cellule immunitarie che normalmente controllano i microbi invasori invece distruggono le cellule produttrici di insulina nel pancreas.

I pazienti con diabete di tipo 1 producono poca o nessuna insulina, l’ormone che controlla il livello di zucchero nel sangue. Nel presente studio, l’insorgenza della malattia è stata determinata misurando la glicemia e segnalando quando i livelli sono saliti su vvalori estremamente elevati a causa della mancanza di insulina.

“I nostri risultati confermano il lavoro precedente che dimostra come gli antibiotici possono aumentare il rischio per il diabete di tipo 1”, afferma l’autore dello studio principale Xuesong Zhang , PhD, assistente professore di Medicina presso la NYU School of Medicine. “Persino un singolo decorso della vita iniziale può perturbare il microbioma intestinale in modi che portano a conseguenze a lungo termine nella parete intestinale, comprese le variazioni delle cellule immunitarie e il danno al pancreas”.

Senior studio Martin Blaser , MD, direttore del Programma Microbiome Umana presso la NYU School of Medicine, ha detto che i risultati “sono un modello degli effetti pervasivi che i corsi di antibiotici possono avere sui bambini, causando la reazione del sistema immunitario volta a  sviluppare in modo anomalo il perccorso che porta alla malattia.”

Il team di ricerca ha utilizzato tecniche genomiche e statistiche per analizzare i milioni di pezzi di DNA batterico in campioni prelevati dai topi di studio. Studi precedenti avevano già abbinato sequenze di DNA chiave a specie batteriche note, consentendo al team di definire il microbioma di ogni topo e di osservare l’effetto degli antibiotici su ciascuno.

Nello specifico, lo studio ha rilevato che quattro gruppi di specie batteriche (taxa) – Enterococcus, Blautia , Enterobacteriaceae e Akkermansia – erano significativamente più abbondanti nelle budella dei topi trattati con il singolo ciclo di antibiotici e probabilmente coinvolti nella progressione del diabete di tipo 1 . Sebbene normalmente innocue, tali specie, chiamate pathobionts, causano malattie quando fattori ambientali come gli antibiotici alterano il normale equilibrio. Studi precedenti avevano scoperto che i bambini umani i quali in seguito svilupparono il diabete di tipo 1 avevano più probabilità di avere una rappresentazione del microbiota intestinale alterata di Blautia e Akkermansia mucinophila nelle prime fasi della loro vita, con corrispondenti cambiamenti nel loro sistema immunitario.

Lo spostamento delle specie dominanti osservate con antibiotici è stato accompagnato da uno spostamento dei geni attivi batterici e dei composti chimici prodotti dai batteri. Questo a sua volta ha causato cambiamenti nei modelli di espressione genica nella parete intestinale, affermano gli autori. Molti di questi geni sono noti per influenzare il tipo di attivazione delle cellule immunitarie che danneggia le isole pancreatiche.

Inoltre, popolazioni di quattro taxa diversi – S24-7, Clostridiales, Oscillospira e Ruminococcus – erano significativamente più piccole nei topi trattati con antibiotici in confronto a topi normali durante la finestra dello sviluppo post-parto precedentemente mostrata come critica per educare le difese immunitarie del sistema. I risultati suggeriscono che questi taxa possono essere protettivi nei confronti del diabete di tipo 1 e potrebbero essere al centro dello sviluppo futuro dei probiotici, ad esempio, che cercano di ripristinare le specie sane nei neonati.

L’attuale studio si è concentrato sui topi maschi semplicemente perché ha esaminato i meccanismi che si sono rivelati importanti nello sviluppo autoimmune indipendentemente dal sesso.

Gli autori affermano che le loro scoperte supportano l’ipotesi che, diminuendo determinati batteri benefici, una prima esposizione agli antibiotici consente l’emergere di altre specie che cambiano lo sviluppo immunologico e peggiorano il danno al pancreas.

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