3.4 Biofilm probiotici e immunità vaginale
I biofilm di lattobacilli sull’epitelio vaginale evidenziano l’importanza di questi biofilm benefici nel proteggere il tessuto ospite e servire come componente della risposta immunitaria innata. Il microbioma vaginale delle femmine sane è dominato da Lactobacillus crispatus, L. jensenii, L. gasseri e L. iners.190 In condizioni ricche di lattobacilli, questi biofilm possono contribuire alla protezione dai microbi a trasmissione sessuale e dalle infezioni del tratto urinario, oltre a fornire risultati migliori in gravidanza e parto. Questi biofilm proteggono l’epitelio vaginale creando un ambiente acido (pH pH 4-4, 5), esclusione competitiva e rilascio di composti antimicrobici come H2O2, batteriocine e altri sottoprodotti. Tuttavia, quando i normali commensali vaginali sono spostati da batteri anaerobici e patogeni fungini, ciò si traduce in un aumento del pH (superiore a 4.5), con conseguente vaginosi. Questo stato compromesso della vagina è stato associato ad un aumento dell’incidenza di parto pretermine, contrazione del virus dell’immunodeficienza umana e malattia infiammatoria pelvica.191
La vaginosi può essere causata da patogeni batterici o fungini. La capacità di diversi agenti patogeni di spostare biofilm protettivi è stata esaminata coltivando biofilm L. crispatus su vetrini e quindi incubando i vetrini con 109 CFU di cinque diversi agenti batterici causali della vaginosi. Ogni agente patogeno è stato in grado di attaccarsi ai vetrini, ma non ha prontamente spostato i biofilm L. crispatus dopo un’incubazione di 30 minuti. Il patogeno anaerobico Mobiluncus mulieris, ha causato il distacco del 23% dei biofilm L. crispatus mentre gli altri quattro agenti patogeni hanno causato rispettivamente il distacco del 10%.192 Ripetere questi studi sulle cellule cervicali ha mostrato una correlazione inversa, poiché quando i biofilm di L. crispatus sono stati incubati con cellule HeLa e quindi esposti a un ceppo patogeno e commensale di Gardonella vaginalis, ci sono state drastiche riduzioni nelle cellule biofilm attaccate. Al contrario, L. crispatus ha efficacemente impedito a entrambi i ceppi di G. vaginalis di attaccarsi alle cellule HeLa, con conseguente attaccamento solo 7 7% quando bassi inoculi di G. vaginalis sono stati incubati con biofilm L. crispatus. È interessante notare che la presenza di L. iners ha migliorato l’attaccamento del patogeno G. vaginalis ed era meno suscettibile allo spostamento da entrambi i ceppi, rispetto a L. crispatus.193 Questo risultato potrebbe aiutare a spiegare perché le donne che sono colonizzate con L. iners sono spesso più suscettibili alla vaginosi batterica. Dopo il trattamento della vaginosi batterica nei pazienti, L. i biofilm di jensenii sono stati isolati con cellule epiteliali vaginali e ripresi con microscopia wet mount, mostrando la presenza clinica di questi biofilm.190
In un altro studio, gli isolati di Lactobacillus da pazienti sani rispetto a vaginosi fungina sono stati confrontati per la loro produzione di sostanze antimicrobiche e la loro capacità di inibire varie specie di Candida. Nel complesso gli autori hanno scoperto che gli isolati di Lactobacillus da pazienti malati o sani producevano quantità simili di acido lattico e perossido di idrogeno, mentre gli isolati da pazienti malati producevano livelli aumentati di diacetile. Curiosamente, però, gli isolati sani del paziente sono stati in grado di inibire un massimo del 68% dei 35 diversi Candida spp. testato, mentre gli isolati dai pazienti malati hanno inibito solo un massimo del 5,8% della Candida spp.194 Questi dati suggeriscono che gli isolati di Lactobacillus da pazienti sani stanno producendo più composti inibitori, che sono più probabilmente batteriocina, o pH, correlati. Suggeriscono anche che i lattobacilli non si adattano necessariamente producendo più composti antimicrobici, quando precedentemente esposti al patogeno. Sarebbe interessante testare questa ipotesi esponendo continuamente un biofilm di Lactobacillus a un patogeno batterico o fungino per vedere se si potrebbe naturalmente selezionare commensali benefici più efficaci che sono stati “immunizzati” contro vari agenti patogeni poi reintrodotti nell’ospite.
Con la presenza di biofilm di Lactobacillus nella vagina, si pone anche la domanda come interagiscono questi biofilm benefici con lo sperma, le uova, la fecondazione e lo sviluppo del feto? L’indagine su queste domande è stata affrontata principalmente per quanto riguarda la fecondazione in vitro (IVF), con l’ipotesi generale che i microbi influiscano negativamente sul trasferimento degli embrioni e, in definitiva, su una gravidanza di successo.195 In uno studio che ha determinato il microbioma nel fluido follicolare da 263 donne, sono state trovate alcune curiose correlazioni con la presenza di biofilm e riproduzione di Lactobacillus. Il liquido follicolare è il liquido che si trova nelle ovaie, che lubrifica le uova. Sorprendentemente, gli autori hanno notato che questo fluido era spesso contaminato da Lactobacillus; l’ovario sinistro era dominato da L. crispatus e L. gasseri, mentre l’ovario destro ospitava L. iners. La presenza di Lactobacillus nei fluidi follicolari sinistro e destro è stata associata a una migliore velocità di trasferimento degli embrioni e, in definitiva, agli esiti della gravidanza. Allo stesso modo, uno studio precedente su 91 donne ha rilevato che la presenza di Lactobacillus produttore di perossido di idrogeno nella punta del catetere di trasferimento dell’embrione o della vagina ha comportato un aumento delle nascite di successo.196
La placenta viene proposta per proteggere il feto da numerosi assalti, inclusa l’invasione microbica. Tuttavia, i biofilm patogeni sono stati identificati anche nella placenta, 197 con un’assenza di Lactobacillus, e questo è stato correlato con esiti negativi della gravidanza. Un’analisi di 34 campioni placentari umani, valutati per la presenza di Lactobacillus spp. o Bifidobacterium spp., restituito solo organismi non colturali. Tuttavia, la PCR ha rivelato la presenza di bifidobatteri e L. rhamnosus DNA in oltre il 90% dei campioni placentari. Ciò suggerisce che la madre trasferisce benefici immunogeni biofilm attraverso la placenta che possono contribuire allo sviluppo dell’immunità fetale.198 L’ulteriore coltura di un numero maggiore di placente da nascite premature (23-27 settimane di gestazione) ha rivelato interessanti correlazioni con i biofilm Lactobacillus e le risposte immunitarie neonatali.199 Delle 527 placente coltivate, solo 214 sono tornate positive alla coltura e il sangue fetale prelevato ai giorni 1-3 è stato quindi analizzato per 25 marcatori proinfiammatori e correlato con la colonizzazione dei microrganismi rilevati. Lactobacillus biofilm isolato da solo costituito solo 3.7% delle placente coltura-positivi, e sono stati correlati con livelli non rilevabili di 13/25 citochine proinfiammatorie trovati con patogeni vaginosi batterica. I biofilm di Lactobacillus sono stati trovati anche in combinazione con altri microbi che costituiscono il 6% dei campioni e sono stati in grado di abbassare il rapporto di probabilità per la maggior parte dei marcatori proinfiammatori rispetto ai patogeni vaginali.199
Per esaminare l’impatto dei media condizionati da L. rhamnosus GR-1 biofilm sull’infiammazione fetale, il tessuto è stato estratto dalla placenta di donne sane sottoposte a taglio cesareo a termine e le cellule sono state separate e digerite per stabilire colture cellulari trofoblasto placentare. Queste cellule sono state poi stimolate con LPS, e un gruppo è stato pretrattato con L. rhamnosus GR-1 biofilm supernatante ad una diluizione 1:20. La valutazione con ELISA ha rivelato che i mezzi condizionati hanno inibito la produzione del TNF-α, mentre upregulating la citochina antinfiammatoria 1L-10. La vaginosi batterica aumenta l’espressione delle prostaglandine, che può portare a contrazioni precoci e alla nascita pretermine200; pertanto, sono stati esaminati enzimi prostaglandinici specifici del sesso. L’analisi di Western blot ha indicato che il surnatante di L. rhamnosus ha condotto a diminuzione in PTGS2 (enzima producente prostaglandina) da 30% durante le gravidanze in cui il feto era maschio. È interessante notare che quando il feto era femmina, questi surnatanti causavano un aumento della PGDH, che metabolizza la prostaglandina. Quindi, per entrambi i sessi del feto, i media condizionati da Lactobacillus biofilm hanno ridotto, direttamente o indirettamente, la produzione di prostaglandine, che teoricamente dovrebbe portare a migliori risultati di consegna nelle donne che soffrono di vaginosi batterica.201 Allo stesso modo, gli autori hanno anche testato l’impatto del surnatante L. rhamnosus sul fattore stimolante le colonie 3 (CSF3), una citochina che regola principalmente la produzione di neutrofili, che sono fondamentali nella clearance dei batteri patogeni. Nel complesso hanno scoperto che il surnatante da solo, o in combinazione con LPS, ha migliorato significativamente il CSF3 nelle nascite femminili, ma non maschili. Questa scoperta suggerisce che potrebbero esserci risposte specifiche per sesso all’infezione batterica.202
Il surnatante L. rhamnosus è stato anche valutato in un modello murino gravido per verificare se il surnatante potesse ridurre il parto pretermine e modulare la risposta immunitaria. Sorprendentemente, il surnatante non ha avuto un impatto sul parto pretermine indotto da LPS, ma ha ridotto al massimo le citochine proinfiammatorie nell’endometrio e nel plasma materno.203 I biofilm di lattobacilli sono ben noti per essere componenti importanti dell’immunità innata vaginale, ma sono necessari ulteriori studi per chiarire le interazioni specifiche di questi biofilm con l’epitelio e altri tipi di cellule. Questi e altri recenti progressi nella ricerca sul microbioma hanno fornito risultati entusiasmanti in termini di lattobacilli e riproduzione, e stiamo appena iniziando a capire le dinamiche immunitarie tra il tessuto fetale e questi biofilm benefici.191
