Un nuovo modello per la sepsi a esordio tardivo esplora i potenziali trattamenti per l'infezione neonatale

I neonati estremamente prematuri sono a rischio di infezioni potenzialmente letali che si diffondono nei loro corpi dall'intestino. Le infezioni dopo i primi tre giorni di vita sono chiamate sepsi a esordio tardivo, o LOS.

I ricercatori dell'Università dell'Alabama a Birmingham ora segnalano un nuovo modello per LOS in un articolo in Medicina della natura e, e mostrano che l'interruzione della normale maturazione dei microbi nell'intestino può rendere i cuccioli di topo appena nati altamente suscettibili alla LOS.

Per di più, hanno scoperto che potevano prevenire l'infezione mortale dando ai cuccioli batteri protettivi specifici prima di una sfida con i batteri invasivi Klebsiella pneumoniae.

I nostri risultati offrono la possibilità di progettare e testare in modo razionale terapie probiotiche efficaci per proteggere i neonati prematuri a rischio. Questi studi confermano la ricerca clinica che suggerisce che la crescita eccessiva di una singola specie batterica, chiamata disbiosi neonatale, spesso precede lo sviluppo della LOS.

Il nostro modello dovrebbe aiutare a definire i meccanismi attraverso i quali le specie pioniere del microbioma in via di sviluppo dei neonati prevengono -; o non riesce a prevenire -; disbiosi che predispone alla LOS."

Jeffrey Singer, dottorato di ricerca, e Casey Weaver, M.D, autori corrispondenti

Il loro modello è aiutato dal fatto che l'intestino del cucciolo appena nato si sta ancora sviluppando dopo la nascita, simile all'intestino ancora in via di sviluppo di neonati estremamente prematuri.

All'UAB, Singer è uno studente del M.D./Ph.D. Programma di formazione per scienziati medici, e Weaver è il Wyatt and Susan Haskell Professor of Medical Excellence in Pathology.

Bioluminescenza

I ricercatori dell'UAB hanno posizionato un ceppo virulento di K. pneumoniae, Kp-43816, nello stomaco dei cuccioli.

I batteri portavano un marcatore bioluminescente che ha permesso ai ricercatori di utilizzare un sistema di imaging per vedere dove nel tratto intestinale i batteri stavano crescendo negli animali vivi, e quindi misurare la diffusione invasiva dei microbi dall'intestino e nel resto del corpo. I batteri bioluminescenti negli animali viventi possono essere visti attraverso quasi un pollice di tessuto.

Utilizzando una dose che ha causato il 50% di mortalità entro 10 giorni, i ricercatori hanno visto che la traslocazione fuori dall'intestino si è verificata dove la colonizzazione di Klebsiella era più densa nell'intestino. Però, non tutti i cuccioli con disbiosi hanno sviluppato sepsi, così come non tutti i neonati umani prematuri con disbiosi sviluppano LOS.

Quando il team UAB ha somministrato la stessa dose di un ceppo avirulento di K. pneumoniae, Kp-39, nello stomaco, ne seguì un risultato intrigante. Kp-39 non ha causato mortalità nei cuccioli, eppure si è anche traslocato dall'intestino nell'addome, e come Kp-43816, infettava anche il fegato e il mesentere. L'infezione da Kp-39 è stata eliminata nei successivi nove giorni.

Ciò ha suggerito che entrambi i ceppi di K. pneumoniae erano in grado di diffondersi dall'intestino, ma le differenze nella clearance dell'ospite da parte del sistema di difesa immunitario dopo la traslocazione hanno contribuito alla virulenza differenziale di questi ceppi correlati.

Infatti, quando uno dei due ceppi è stato iniettato direttamente nel peritoneo -; bypassando la necessità di traslocazione dall'intestino -; Kp-43816 ha causato il 100% di mortalità in un giorno, ma il Kp-39 non ha causato mortalità nei cuccioli ed è stato eliminato in una settimana.

I ricercatori hanno trovato differenze nella capsula che circonda i batteri che hanno permesso a Kp-43816 di resistere alla fagocitosi di eliminazione delle infezioni da parte delle cellule immunitarie più fortemente di Kp-39.

"In particolare, perciò, mentre l'infezione da Kp-43816 modelli LOS, "Il cantante e il tessitore hanno detto, "Kp-39 consente il monitoraggio della disbiosi senza gli effetti confondenti della sepsi e della mortalità".

I ricercatori hanno quindi scoperto che l'alterazione del microbioma dei cuccioli ha modificato la suscettibilità alla disbiosi e alla LOS.

È noto che il normale microbioma intestinale ha un ruolo fondamentale nel limitare la colonizzazione e la diffusione di un agente patogeno. Cuccioli senza microbioma, allevati in condizioni prive di germi, erano uniformemente suscettibili a Kp-43816 LOS.

Per guardare oltre, i ricercatori hanno trattato le madri con due antibiotici iniziando un giorno prima del parto e diversi giorni dopo, prima di infettare con Klebsiella.

Entrambi gli antibiotici sono scarsamente assorbiti ed è improbabile che vengano trasmessi ai cuccioli; ma altererebbero i microbiomi intestinali della madre in modi diversi, che a sua volta dovrebbe alterare il microbioma che i cuccioli acquisiscono dopo la nascita dalle madri.

Il team dell'UAB ha scoperto che i cuccioli di madri a cui era stata somministrata gentamicina erano notevolmente più suscettibili alla sepsi, mentre i cuccioli di madri a cui era stata somministrata vancomicina erano meno suscettibili alla sepsi, rispetto ai controlli.

Quando l'esperimento antibiotico è stato ripetuto usando l'avirulento Kp-39, non c'era mortalità. Però, i cuccioli alle cui madri era stata somministrata vancomicina avevano meno Kp-39, o meno disbiosi, rispetto ai controlli; i cuccioli le cui madri avevano ricevuto gentamicina mostravano più Kp-39, o più disbiosi, rispetto ai controlli.

Batteri protettivi

La differenza?

I ricercatori hanno scoperto che i cuccioli delle madri di vancomicina avevano una maggiore abbondanza di batteri Lactobacillus nel loro microbioma intestinale, ei cuccioli di madri di gentamicina avevano minori quantità di Lactobacillus.

Così, la presenza o l'assenza di lattobacilli sembrava correlata con la resistenza o la suscettibilità, rispettivamente, alla disbiosi neonatale e alla LOS.

L'analisi del DNA ha mostrato che i cuccioli di vancomicina erano dominati dalla specie Lactobacillus murinus, mentre i cuccioli di gentamicina erano in gran parte privi di L. murinus.

Hanno anche scoperto che L. murinus era sensibile alla gentamicina e resistente alla vancomicina, suggerendo che il trattamento con gentamicina ha ucciso questa specie protettiva nelle madri, impedendo così il suo passaggio ai cuccioli attraverso la trasmissione verticale.

Quando la specie L. murinus è stata somministrata a scopo profilattico a cuccioli di gentamicina prima di un challenge con Klebsiella, ha ridotto drasticamente la crescita eccessiva di Kp-39 rispetto ai controlli.

Attraverso una diversa serie di esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che anche un ceppo di E. coli probiotico era in grado di conferire protezione ai cuccioli di gentamicina. Questa protezione non è stata osservata per molte altre specie probiotiche di Lactobacillus comunemente utilizzate.

I ricercatori hanno anche scoperto che i cuccioli più giovani, come neonati estremamente prematuri, hanno microbiomi dominati da batteri chiamati anaerobi facoltativi che possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno.

Man mano che i cuccioli crescevano, i loro microbiomi diventano più simili ai neonati a termine perché sono dominati da batteri chiamati anaerobi obbligati, che crescono bene in assenza di ossigeno ma muoiono se l'ossigeno è presente. I cuccioli più grandi, con un microbioma maturo dominato da anaerobi obbligati, erano resistenti alla disbiosi neonatale.

Sembrava che la presenza di ossigeno nei lumi intestinali dei neonati prevenisse la colonizzazione da parte degli anaerobi obbligati. I ricercatori dell'UAB hanno ipotizzato che questo potrebbe spiegare perché la disbiosi è più diffusa nei neonati con peso alla nascita molto basso.

"I nostri risultati stabiliscono che i normali costituenti del microbioma sono sia necessari che sufficienti per tamponare l'espansione di patobionti nell'intestino neonatale per prevenire la LOS, "Singer e Weaver hanno detto. "Forniscono inoltre una base per capire perché alcuni probiotici sono protettivi, mentre altri no. Ciò può avere importanti implicazioni per la pratica clinica, dove l'uso di antibiotici sia materno che neonatale può alterare il microbioma neonatale, e dove ai neonati con peso alla nascita molto basso vengono somministrati probiotici senza prove chiare sulle specie probiotiche preferite".

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