Le amilasi batteriche consentono la degradazione del glicogeno da parte del microbioma vaginale

Nov 22, 2023

Nature Microbiology volume 8, pagine 1641–1652 (2023)Citare questo articolo

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Il microbiota vaginale umano è spesso dominato dai lattobacilli e la transizione verso una comunità più diversificata di microbi anaerobici è associata a rischi per la salute. Si ritiene che il glicogeno rilasciato dalle cellule epiteliali lisate sia un'importante fonte di nutrienti nella vagina. Tuttavia, il meccanismo attraverso il quale i batteri vaginali metabolizzano il glicogeno non è chiaro, con prove che coinvolgono sia enzimi batterici che umani. Qui caratterizziamo biochimicamente sei enzimi di degradazione del glicogeno (GDE), che sono tutti pullanasi (omologhi di PulA), da batteri vaginali che supportano la crescita di Lactobacillus Crispatus carente di amilasi sul glicogeno. Riveliamo variazioni nella loro tolleranza al pH, preferenze del substrato, prodotti di degradazione e suscettibilità all'inibizione. L’analisi dei set di dati del microbioma vaginale mostra che questi enzimi sono espressi in tutti i tipi di stati della comunità. Infine, confermiamo la presenza e l'attività di GDE batterici e umani nel fluido cervicovaginale. Questo lavoro stabilisce che i GDE batterici possono partecipare alla degradazione del glicogeno, fornendo informazioni sul metabolismo che può modellare il microbiota vaginale.

La disbiosi del microbiota vaginale umano è associata a esiti avversi per la salute1. La composizione della comunità batterica può essere classificata tassonomicamente in uno dei cinque tipi di stato di comunità (CST)2. CST I–III e V sono dominati da una singola specie di Lactobacillus: L. Crispatus, L. gasseri, L. iners e L. jensenii, rispettivamente. Al contrario, CST IV è costituito da un gruppo eterogeneo di microbi anaerobici e anaerobici facoltativi, comprese specie di Gardnerella, Prevotella, Mobiluncus e bassi livelli di Lactobacillus. I CST dominati da Lactobacillus sono associati a un pH vaginale inferiore a 4,5, bassi punteggi Nugent e ridotta infiammazione3, mentre CST IV è associato a un pH più elevato e diverse conseguenze di salute, tra cui l'acquisizione dell'HIV4, vaginosi batterica5 e parto pretermine6. Tuttavia, è importante notare che la CST IV è sovrarappresentata nelle donne ispaniche e nere sane e non è necessariamente indicativa di disbiosi7. Nel complesso, è diventato chiaro che la composizione del microbiota vaginale da sola non è sufficiente per prevedere gli esiti sulla salute e che per ottenere una comprensione meccanicistica di questa comunità è necessario decifrare le funzioni batteriche vaginali1.

Una funzione nota per influenzare la composizione e la stabilità delle comunità batteriche associate all'ospite è la liberazione di carboidrati da fonti alimentari o derivate dall'ospite da parte delle glicoside idrolasi. Sebbene questo sia ben noto nel microbiota intestinale umano8,9,10,11, il metabolismo dei carboidrati nell’ambiente vaginale è poco conosciuto. È opinione diffusa che il glicogeno rilasciato dalle cellule epiteliali esfoliate e lisate supporti la colonizzazione dei lattobacilli vaginali12,13 poiché i livelli di glicogeno nei campioni vaginali sono associati alla dominanza dei lattobacilli e al basso pH vaginale14. Tuttavia, fino a poco tempo fa, i tentativi di ottenere isolati vaginali di Lactobacillus capaci di crescere sul glicogeno erano in gran parte infruttuosi15,16, sollevando la questione se e come i batteri vaginali accedono a questa fonte di carbonio.

Il glicogeno è costituito da catene lineari di unità di glucosio legate da legami α-1,4-glicosidici, con rami periodici α-1,6-glicosidici. Il metabolismo del glicogeno richiede che le idrolasi dei glicosidi extracellulari rilascino polimeri di glucosio più corti (maltodestrine). Diversi lattobacilli vaginali utilizzano maltodestrine per la crescita, portando a un'ipotesi iniziale che una glicoside idrolasi non appartenente al Lactobacillus nell'ambiente vaginale rilasci questi oligosaccaridi17. Il rilevamento dell'α-amilasi umana nei campioni di lavaggio cervicovaginale (CVL) può supportare questa proposta17,18. Ma non è ancora stato stabilito come l’amilasi umana, prodotta soprattutto nel pancreas e nelle ghiandole salivari17, si trovi nel fluido genitale.