Real-time near-infrared imaging distinguishes nasopharyngeal colonization from aspiration of Streptococcus pneumoniae and identifies aspiration as a trigger of severe disease

La polmonite è una minaccia familiare, in particolare per gli anziani, eppure i batteri che la causano spesso vivono tranquillamente nel corpo umano senza causare danni. Un tipo comune di batterio, noto come Streptococcus pneumoniae, si stabilisce frequentemente nella parte superiore della gola e del naso, chiamata rinofaringe. In questa posizione, i batteri possono rimanere innocui per anni, semplicemente coesistendo con l'ospite. Tuttavia, lo stesso organismo può diventare letale se si sposta più in profondità nel corpo, invadendo i polmoni e scatenando un'infezione grave. Per molto tempo, gli scienziati hanno compreso che questo passaggio da residente innocuo a invasore letale è pericoloso, ma il momento esatto e il meccanismo che innescano questo cambiamento sono rimasti poco chiari. La domanda centrale è stata se la posizione iniziale in cui atterrano i batteri determini l'esito dell'infezione. I batteri devono essere ingeriti nei polmoni immediatamente per causare problemi, o possono iniziare nel naso e scendere successivamente? Comprendere questa distinzione è vitale perché potrebbe cambiare il nostro modo di pensare alla prevenzione delle malattie gravi, andando oltre il semplice conteggio dei batteri per comprendere dove essi vadano.

Per rispondere a questo, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo per osservare il movimento dei batteri in tempo reale, utilizzando un metodo che non richiede l'alterazione del codice genetico dei batteri. Hanno marcato i batteri con un colorante speciale chiamato indocianina verde, che brilla sotto la luce del vicino infrarosso, un tipo di luce invisibile all'occhio umano ma rilevabile da telecamere sensibili. Questo colorante è stato aggiunto semplicemente mescolandolo ai batteri, un processo che ha lasciato i batteri sani e in crescita normalmente alla temperatura corporea. Il team ha poi introdotto questi batteri luminosi in topi e ha utilizzato una telecamera ad alta velocità per registrare i primi dieci minuti dell'infezione. Questo video continuo ha rivelato due percorsi molto diversi che i batteri potevano intraprendere. In alcuni casi, i batteri rimanevano confinati nella parte superiore della gola, uno stato che i ricercatori hanno identificato come colonizzazione. In altri casi, i batteri venivano immediatamente trascinati verso le basse vie respiratorie, un processo noto come aspirazione. La tecnologia ha permesso agli scienziati di vedere questi eventi mentre accadevano, distinguendo tra un batterio che restava fermo e uno che veniva inalato nei polmoni entro pochi secondi.

Le conseguenze di questi due diversi percorsi sono state nette e immediate. I ricercatori hanno monitorato i topi per diversi giorni e hanno scoperto che quelli i cui batteri erano stati aspirati nei polmoni affrontavano un rischio di morte molto più elevato rispetto a quelli in cui i batteri rimanevano nel naso. Questa differenza era così pronunciata che il rischio di morire era quasi otto volte superiore per i topi che subivano l'aspirazione, un risultato che si è rivelato valido sia per i topi giovani che per quelli anziani. Il fatto che ai topi più anziani siano stati somministrati dieci volte meno batteri rispetto ai giovani, eppure abbiano subito lo stesso alto tasso di mortalità quando si verificava l'aspirazione, suggerisce che la posizione dei batteri sia un fattore più critico rispetto al mero numero di batteri presenti. I decessi in questi gruppi sono iniziati al terzo giorno, segnando un rapido declino una volta che i batteri sono entrati nelle basse vie aeree.

Per capire perché l'aspirazione portasse a esiti così gravi, il team ha esaminato i corpi dei topi ventiquattro ore dopo l'infezione. Analizzando il sangue, hanno scoperto che i topi che avevano aspirato i batteri mostravano un massiccia attivazione dei sistemi di difesa del corpo. Il loro sangue conteneva alti livelli di segnali che innescano l'infiammazione e la produzione di nuove cellule immunitarie. Inoltre, il sangue mostrava segni di un aumento dell'attività nei sistemi che aiutano la coagulazione del sangue e combattono gli invasori. Questi risultati indicano che l'atto stesso dell'aspirazione innesca una reazione a catena nel corpo, coinvolgendo potenti vie immunitarie che, pur essendo destinate a proteggere, sembrano contribuire alla gravità della malattia. Lo studio stabilisce che il movimento fisico dei batteri dal naso ai polmoni è un elemento scatenante chiave per la malattia grave, e introduce un nuovo strumento di imaging che può osservare questo momento critico mentre si svolge, collegando il comportamento precoce dei batteri direttamente alla risposta sistemica dell'organismo.