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Recensione di pubblicazione da progetto FFC

24 Agosto 2020

Verso una terapia antibatterica più personalizzata? Analisi del microbioma polmonare in 22 pazienti FC

F. Malvezzi

Il progetto FFC#19/2017 coordinato da Annamaria Bevivino, ricercatrice dell’ENEA Centro Ricerche Casaccia (Roma), prosegue gli studi nel campo del microbioma, ossia sull’intera comunità di batteri presente nel polmone di pazienti con fibrosi cistica (FC). I risultati del progetto precedente, FFC#14/2015, avevano ottenuto buona risonanza scientifica (1): lo studio aggiungeva alle conoscenze sul microbioma i risultati ottenuti con la tecnica del pirosequenziamento, una particolare e innovativa tecnica di genetica molecolare per il sequenziamento e l’analisi del DNA microbico. I ricercatori avevano raccolto e analizzato l’espettorato di pazienti FC, confrontando pazienti con un severo declino della funzione polmonare e pazienti con una funzione polmonare stabile. I due gruppi avevano effettivamente mostrato una composizione batterica differente. Rispetto ai tradizionali metodi colturali, il pirosequenziamento del DNA, in combinazione con l’analisi bioinformatica dei dati, aveva permesso ai ricercatori di individuare microorganismi sconosciuti, consentendo pertanto una mappatura più accurata dell’ambiente microbico polmonare.

Recentemente è stato pubblicato un ulteriore lavoro (2) in cui gli autori si sono concentrati su pazienti con malattia polmonare moderata-grave, cronicamente infetti da Pseudomonas aeruginosa. Tra ottobre 2014 e marzo 2015 sono stati arruolati 22 tra adolescenti e adulti afferenti a tre centri FC italiani presenti presso l’Istituto di ricerca Bambino Gesù (Roma), l’Ospedale Meyer (Firenze) e l’Istituto G. Gaslini (Genova). I pazienti sono stati seguiti per 15 mesi, durante i quali 8 di loro hanno presentato episodi di esacerbazione infettiva respiratoria. Sono stati ottenuti un totale di 79 campioni di espettorato, il cui DNA estratto è stato sottoposto a sequenziamento. I ricercatori hanno lavorato per determinare la composizione del microbioma dell’espettorato di questi pazienti nel tempo, definendo la relazione tra lo stato clinico, il repertorio genetico microbico e le caratteristiche di antibiotico-resistenza; hanno ottenuto una visione ad alta risoluzione della dinamica temporale del microbioma dell’espettorato FC.

Il microbioma dell’espettorato dei pazienti con FC è risultato altamente specifico per il paziente: è stata osservata poca variazione all’interno dello stesso individuo in diversi momenti temporali, dimostrando un certo grado di stabilità del microbioma polmonare di un individuo. È stata altresì riscontrata un’elevata eterogeneità tra pazienti: ogni paziente ha mostrato distinte comunità microbiche e colonizzazione, specifica per ceppo, di agenti patogeni FC sia tradizionali che atipici. Purtuttavia, una gamma di geni batterici, tra cui i geni di resistenza agli antibiotici, risultavano comuni a tutti i pazienti. I ricercatori concludono che la dinamica temporale del microbioma dell’espettorato nella più grande coorte di pazienti con FC finora analizzata, ha mostrato “firme” specifiche caratteristiche del singolo paziente, mancanza di variazione del microbioma stesso nel tempo tra le esacerbazioni polmonari e un nucleo di geni di antibiotico-resistenza che non variano con l’assunzione di antibiotici, conferendo ai microbi un’elevata resilienza nel tempo.

La speranza che emerge da questi dati è che la gestione dell’infezione cronica in FC possa essere migliorata da una maggiore personalizzazione delle cure cliniche. L’attesa dei ricercatori è che questo tipo di analisi permetta, in futuro, di selezionare meglio le terapie antibiotiche in base alla composizione e alla relativa abbondanza di geni di resistenza agli antibiotici stessi all’interno del microbioma respiratorio del singolo paziente. La comunità di microbi presenti nel polmone dell’individuo con FC rappresenta una sorta di nicchia ecologica personale da studiare nel corso del tempo e nei vari momenti della malattia per mezzo di indagini genomiche (analisi dei geni presenti nella complessa comunità batterica), possibilmente utili alle scelte antibatteriche, anche se, al momento, né questo interessante studio né altri sullo stesso tema ci hanno ancora dato indicazioni per orientare tali scelte in modo più appropriato rispetto a quelle basate sulla tradizionale coltura batterica e conseguente antibiogramma.

Progetti coordinati da Annamaria Bevivino, ENEA Centro Ricerche Casaccia: FFC#14/2015 con il contributo di Delegazione FFC di Latina, Latteria Montello Nonno Nanni, Gruppo di Sostegno FFC Valle Scrivia Alessandria; progetto FFC#19/2017 con il contributo di Delegazione FFC Lago di Garda con i Gruppi di Sostegno FFC di Chivasso, dell’Isola Bergamasca, di Arezzo.

Although the cystic fibrosis (CF) lung microbiota has been characterized in several studies, little is still known about the temporal changes occurring at the whole microbiome level using untargeted metagenomic analysis. The aim of this study (2) was to investigate the taxonomic and functional temporal dynamics of the lower airway microbiome in a cohort of CF patients. Multiple sputum samples were collected over 15 months from 22 patients with advanced lung disease regularly attending three Italian CF Centers, given a total of 79 samples. DNA extracted from samples was subjected to shotgun metagenomic sequencing allowing both strain-level taxonomic profiling and assessment of the functional metagenomic repertoire. High inter-patient taxonomic heterogeneity was found with short-term compositional changes across clinical status. Each patient exhibited distinct sputum microbial communities at the taxonomic level, and strain-specific colonization of both traditional and atypical CF pathogens. A large core set of bacterial genes, including antibiotic resistance genes, were shared across patients despite observed differences in clinical status, and consistently detected in the lung microbiome of all subjects independently from known antibiotic exposure. In conclusion, an overall stability in the microbiome-associated genes was found despite taxonomic fluctuations of the communities.

1) Avanzamenti della ricerca FFC su microbioma polmonare
2) G. Bacci, G. Taccetti, D. Dolce, et al. Untargeted Metagenomic Investigation of the Airway Microbiome of Cystic Fibrosis Patients with Moderate-Severe Lung Disease. Microorganisms. 2020 Jul 4;8(7):E1003. doi: 10.3390/microorganisms8071003.