Study of host-pathogen-microbiota interactions on a Salmonella enterica serovar Typhimurium piglet model

Salmonella enterica serovar Typhimurium è un batterio Gram negativo, patogeno enterico responsabile di una tossinfezione alimentare a diffusione mondiale. In seguito alla penetrazione nell’ospite, Salmonella deve superare la robusta linea di difesa rappresentata dal sistema dell’immunità innata e dalla resistenza alla colonizzazione mediata dal microbiota. Salmonella è un affascinante esempio di patogeno capace oltre che di eludere la risposta immunitaria, anche di sfruttarne i molteplici aspetti per colonizzare l’intestino. Ha sviluppato, infatti, strategie di virulenza che gli consentono di prosperare nell’intestino infiammato a discapito del microbiota residente, traendo vantaggio dalle condizioni ambientali fortemente alterate indotte dall’infiammazione. Comprendere le complesse dinamiche di interazione tra S. Typhimurium-ospite-microbiota, è estremamente importante per le possibili implicazioni nello sviluppo di strategie vòlte a ridurre la colonizzazione e/o la frequenza della salmonellosi. Scopo di questa tesi è stato caratterizzare il contributo della virulenza, dell’infiammazione e del microbiota all’infezione da Salmonella, utilizzando il suino come modello sperimentale per la salmonellosi. In primo luogo, abbiamo valutato l’abilità di S. Typhimurium di trarre vantaggio dall’infiammazione per favorire la propria colonizzazione, in vivo e in vitro. I nostri risultati hanno mostrato che l’infiammazione indotta dal trattamento con lipopolisaccaride (LPS) migliora la progressione dell’infezione, rendendo il patogeno capace di colonizzare con una carica più elevata sia i suinetti sia gli enterociti (IPEC-J2) e i monociti/macrofagi di origine suina. Successivamente, abbiamo valutato l’impatto che la virulenza del patogeno ha sul microbiota intestinale suino. A tale scopo, abbiamo comparato gli effetti causati da due differenti ceppi di Salmonella, un ceppo wild type e il suo mutante isogenico attenuato, sulla composizione del microbiota. Abbiamo osservato l’esistenza di un collegamento diretto tra virulenza, infiammazione e composizione del microbiota. S. Typhimurium wild type induce una forte risposta infiammatoria che determina la riduzione di membri del microbiota (ad es. i batteri che producono SCFA) normalmente implicati nel mantenimento dell’omeostasi intestinale e nell’inibizione della crescita dei patogeni. Al contrario, il ceppo attenuato di S. Typhimurium causa una debole infiammazione che è invece associata ad un aumento di specie protettive del microbiota e ciò potrebbe spostare la competizione tra patogeno e microbiota in favore di quest’ ultimo, spiegando così la ridotta abilità di questo ceppo a colonizzare l’ospite. Infine, la nostra attenzione si è focalizzata sulla risposta dell’ospite ed in particolare sulle modificazioni pato-fisiologiche che verificano a livello del cieco in seguito ad infezione con i due ceppi di S. Typhimurium, wild type e attenuato. I nostri risultati suggeriscono l’induzione di un “meccanismo nutriprivo” attraverso il quale l’ospite riduce la disponibilità di nutrienti e di fonti di energia per creare condizioni intestinali che risultano svantaggiose per la crescita di Salmonella. Inoltre, è stata osservata una minore riduzione dello stato metabolico ed energetico dell’ospite dopo infezione con S. Typhimurium wild type rispetto a quella indotta dal ceppo attenuato che potrebbe indicare una maggiore capacità del ceppo wild type a contrastare il meccanismo nutriprivo. In conclusione, studiando le dinamiche di interazione tra S. Typhimurium-ospite-microbiota, abbiamo fornito ulteriori evidenze del fatto che i tre fattori sono strettamente correlati e che l’esito dell’infezione è il risultato del contributo fornito dai molti aspetti che li caratterizzano.