Genetic Diversity, Population Structure, and Intra-Host Variation of Mycobacterium avium subsp. hominissuis in Fattening Pigs

Negli angoli silenziosi del mondo naturale, batteri microscopici vivono nel suolo, nell'acqua e nella polvere che ci circonda. La maggior parte di questi organismi è innocua, ma alcuni possono causare problemi se riescono a penetrare nei corpi di animali o persone. Un tale batterio, noto come Mycobacterium avium sottospecie hominissuis, è un patogeno opportunista. Ciò significa che di solito aspetta un'occasione per infettare, prosperando in ambienti dove può infiltrarsi in maiali, esseri umani e, occasionalmente, altri animali. Nei maiali, questa infezione spesso si nasconde senza causare malattie evidenti finché l'animale non viene inviato al macello, dove gli ispettori cercano segni rivelatori di malattia nei linfonodi. Per gli allevatori, trovare questi segni significa perdere denaro, poiché la carne deve essere scartata. Per la salute pubblica, comprendere come questo batterio si muova attraverso la catena alimentare è fondamentale, specialmente poiché può saltare tra diverse specie. La grande domanda per gli scienziati è sempre stata: da dove provano questi batteri e come si diffondono attraverso la complessa rete degli allevamenti di suini?

Un team di ricercatori dell'Università di Zurigo ha deciso di rispondere a questo quesito esaminando da vicino la composità genetica dei batteri trovati nei maiali svizzeri. Hanno raccolto campioni di tessuto da 120 maiali che erano stati macellati tra il 2015 e il 2022. Questi animali provenivano da 64 diverse aziende di nascita e 75 diverse aziende di ingrasso in 13 regioni della Svizzera. I ricercatori erano interessati ai maiali che presentavano lesioni granulomatose, ovvero piccoli noduli simili a grumi nel tessuto che spesso segnalano un'infezione. Hanno prelevato campioni da varie parti del corpo, inclusi i linfonodi della mascella e dell'addome, nonché dal fegato, dai polmoni e persino dal tessuto muscolare. Il loro obiettivo non era solo confermare la presenza del batterio, ma mappare la diversità genetica dei ceppi trovati, creando essenzialmente un albero genealogico per vedere quanto fossero correlati tra loro.

Per farlo, gli scienziati hanno utilizzato un metodo chiamato tipizzazione delle sequenze ripetute in tandem a numero variabile. Immaginate il DNA batterico come una lunga stringa di codice. In certi punti lungo questa stringa, i batteri ripetono una specifica sequenza di lettere ripetutamente; il numero di volte in cui queste sequenze si ripetono può variare da un batterio all'altro, agendo come un'impronta digitale unica. Contando queste ripetizioni in quindici diverse posizioni e leggendo anche un gene specifico chiamato hsp65, i ricercatori sono riusciti a distinguere tra diversi ceppi con alta precisione. Hanno scoperto che, su 342 campioni batterici coltivati con successo in laboratorio, c'erano 84 tipi genetici distinti. Ciò ha rivelato una popolazione incredibilmente diversificata, ricca di molte varianti rare che apparivano solo una o due volte, accanto a un manipolo di ceppi dominanti che comparivano ripetutamente.

Lo studio ha svelato un livello di complessità sorprendente nel modo in cui si diffondono queste infezioni. Quasi la metà dei maiali, 56 su 117, era infettata da due o più ceppi diversi di batteri contemporaneamente. In alcuni casi, un singolo animale ospitava fino a sei ceppi differenti. Ciò suggerisce che i maiali non stanno solo prendendo un batterio e tenendoselo; essi sono esposti a un flusso costante di diverse varianti batteriche dal loro ambiente. I ricercatori hanno scoperto che queste infezioni miste erano comuni non solo tra diversi animali, ma anche all'interno dello stesso animale. Hanno scoperto che lo stesso ceppo poteva essere trovato in più organi, indicando un'infezione diffusa, ma hanno anche trovato ceppi diversi coesistere nello stesso tessuto. Questo schema punta con forza verso l'idea che i maiali siano esposti ripetutamente ai batteri provenienti dal suolo, dall'acqua o dalla lettiera nelle loro fattorie, piuttosto che contrarre un'unica infezione da un altro maiale e diffonderla come una reazione a catena.

Quando il team ha esaminato la geografia dell'epidemia, ha scoperto che i ceppi più comuni non erano confinati in una regione specifica. Invece, gli stessi ceppi dominanti erano stati trovati in fattorie sparse in diversi cantoni e anni. Sebbene le fattorie più vicine tra loro fossero leggermente più propense a condividere gli stessi ceppi, la differenza non era abbastanza significativa da provare che la distanza fosse il fattore principale. I batteri sembravano essere ovunque, muovendosi attraverso l'altamente connesso sistema dell'allevamento suinicolo svizzero. I ricercatori hanno anche confrontato i loro risultati con i dati relativi a bovini e umani in altri paesi. Hanno scoperto che alcuni degli identici ceppi batterici trovati nei maiali svizzeri erano presenti anche nei bovini in Svizzera e negli esseri umani in Olanda e in Giappone. Questa identità genetica condivisa rafforza il concetto di "One Health", che riconosce come la salute degli animali, delle persone e dell'ambiente siano profondamente interconnesse.

Uno dei risultati più sorprendenti è stato che i batteri non erano limitati ai linfonodi dove la malattia viene solitamente individuata. I ricercatori sono riusciti a coltivare con successo i batteri da cinque campioni muscolari che apparivano perfettamente sani a occhio nudo. In ognuno di questi casi, i batteri erano stati trovati anche in altri organi come il fegato o i polmoni. Ciò conferma che l'infezione può diffondersi al tessuto muscolare edibile, anche in assenza di segni visibili di malattia. Sebbene lo studio non provi che mangiare questa carne causi malattie negli esseri umani, evidenzia un potenziale percorso di esposizione che gli ispettori alimentari potrebbero ignorare. Lo studio ha inoltre notato che, sebbene fossero stati trovati altri tipi di batteri, la stragrande maggioranza delle lesioni era causata da questo specifico ceppo di Mycobacterium, confermando il suo ruolo di principale responsabile in questi casi.

I ricercatori hanno concluso che la popolazione di questo batterio nei maiali svizzeri è guidata da una ripetuta esposizione all'ambiente. L'elevata diversità genetica, la presenza di molti ceppi rari e la frequente miscelazione di diversi ceppi all'interno di un singolo animale indicano tutti che i maiali raccolgono batteri dal loro ambiente durante il corso della vita. I pochi ceppi dominanti che appaiono ovunque suggeriscono che alcune varianti siano particolarmente brave a sopravvivere e diffondersi attraverso il sistema di allevamento, ma sono circondate da un mare di varianti uniche e locali. Questo studio fornisce un quadro più chiaro di come si muovono questi batteri, mostrando che non si tratta di una semplice catena di infezione da un maiale all'altro, ma di un complesso intreccio di esposizione ambientale che tocca fattorie, animali e potenzialmente persone in tutto il mondo. Comprendendo questa diversità, scienziati e allevatori possono monitorare meglio queste minacce invisibili e sviluppare strategie per mantenere sicura la catena alimentare.