Ecco lo stupefacente paesaggio microbico sulla lingua umana (VIDEO)

Batteri organizzati in “consorzi” su biofilm multistrato, liberi e legati alle cellule epiteliali ospiti

[30 Marzo 2020]

Con lo studio “Spatial Ecology of the Human Tongue Dorsum Microbiome”, pubblicato su Cell Reports da Steven Wilbert (Department of Biology and Biological Engineering, California Institute of Technology e Forsyth Institute dell’Harvard School of Dental Medicine), Jessica Mark Welch (Josephine Bay Paul Center for Comparative Molecular Biology e Evolution, Marine Biological Laboratory MBL – Woods Hole dell’università di Chicago) e Gary Borisy (Forsyth Institute), per la prima volta, i ricercatori hanno sviluppato immagini ad alta risoluzione delle comunità microbiche sulla lingua umana. Immagini che rivelano che «I biofilm microbici sulla superficie della lingua hanno un’organizzazione spaziale complessa e altamente strutturata».
Borisy spiega che «Dall’analisi dettagliata della struttura, possiamo dedurre i principi della crescita e dell’organizzazione della comunità [microbica. I batteri sulla lingua sono molto più di un semplice ammucchiamento random. Sono più come un organo del nostro corpo».
La Mark Welch aggiunge: «Stiamo guardando alla bocca come a un paesaggio microbico, nel quale diverse comunità batteriche occupano diversi tipi di habitat. La lingua è particolarmente importante perché ospita un grande serbatoio di microbi ed in medicina è un punto di riferimento tradizionale. “Mostrami la lingua” è una delle prime cose che ci dice un medico».
I due ricercatori hanno utilizzato una tecnica di imaging chiamata Combinatorial Labelling e Spectral Imaging – Fluorescence in situ Hybridization (CLASI-FISH), che è stata sviluppata negli ultimi 10 anni nel laboratorio di Borisy a al MBL e sottolineano che «Questa strategia espande notevolmente il numero di diversi tipi di microbi che possono essere identificati e localizzati contemporaneamente in un singolo campo visivo».
Borisy evidenzia che «Il nostro studio è nuovo perché nessuno prima era stato in grado di vedere il biofilm sulla lingua in un modo che distingue tutti i diversi batteri, in modo che possiamo vedere come si organizzano da soli». La Mark Welch conferma: «Pensiamo che imparare chi sta accanto a chi ci aiuterà a capire come funzionano queste comunità».
Lo studio ha identificato 17 generi batterici che erano abbondanti sulla lingua e presenti in oltre l’80% dei campioni prelevati da 21 individui sani. Tutti i campioni contenevano batteri organizzati in “consorzi”, cioè biofilm multistrato strutturalmente complessi e batteri liberi e batteri legati alle cellule epiteliali ospiti.
«La cosa sorprendente è che abbiamo osservato gli stessi [consorzi] microbici sulla lingua di ogni persona che abbiamo testato – fa notare la Mark Welch – Questi consorzi contengono cellule abbondanti di tre generi – Actinomyces , Rothia e Streptococcus – disposte strutturalmente in modo simile».
Questi risultati suggeriscono un modello su come viene generata la struttura della comunità microbica nelle nostre lingue: «Prima, le cellule batteriche si attaccano all’epitelio della superficie della lingua singolarmente o in piccoli gruppi. Durante la crescita della popolazione, diversi taxa si spingono l’un l’altro e proliferano più rapidamente in microambienti che supportano i loro bisogni fisiologici. Questa crescita differenziale si traduce nell’organizzazione del mosaico di patch osservato nelle strutture più grandi e più mature sulla lingua».
Anche se la funzione del microbioma orale non sia ancora stata compresa, le immagini hanno anche rivelato la presenza di diversi generi in grado di ridurre i nitrati nella saliva, una trasformazione metabolica che è probabilmente importante per la salute umana ma non codificata dal genoma umano.
Il laboratorio della Mark Welch ha esteso la tecnologia CLASI-FISH per realizzare immagini di una varietà di comunità microbiche: nei pazienti con cancro al colon; negli organismi marini, compresa la seppia; nei rifiuti e nelle microlastiche che galleggiano in mare. Borisy e la Mark Welch avevano precedentemente collaborato a realizzare l’imagining delle strutture microbiche presenti nella placca dentale e un modello del microbioma intestinale umano.

Videogallery

  • Fly-through showing three-dimensional organization of a tongue consortium

  • Three-dimensionality of individual taxon domains