Cross-Talk tra Bifidobacterium e intestino umano: impatto sulle attività health promoting

Bifidobacteria constitute up to 3% of the total microbiota and represent one of the most important healthpromoting bacterial groups of the human intestinal microflora. The presence of Bifidobacterium in the human gastrointestinal tract has been directly related to several health-promoting activities; however, to date, no information about the specific mechanisms of interaction with the host is available. The first health-promoting activities studied in these job was the oxalate-degrading activity. Oxalic acid occurs extensively in nature and plays diverse roles, especially in pathological processes. Due to its highly oxidizing effects, hyper absorption or abnormal synthesis of oxalate can cause serious acute disorders in mammals and be lethal in extreme cases. Intestinal oxalate-degrading bacteria could therefore be pivotal in maintaining oxalate homeostasis, reducing the risk of kidney stone development. In this study, the oxalate-degrading activity of 14 bifidobacterial strains was measured by a capillary electrophoresis technique. The oxc gene, encoding oxalyl-CoA decarboxylase, a key enzyme in oxalate catabolism, was isolated by probing a genomic library of B. animalis subsp. lactis BI07, which was one of the most active strains in the preliminary screening. The genetic and transcriptional organization of oxc flanking regions was determined, unravelling the presence of other two independently transcribed open reading frames, potentially responsible for B. animalis subsp. lactis ability to degrade oxalate. Transcriptional analysis, using real-time quantitative reverse transcription PCR, revealed that these genes were highly induced in cells first adapted to subinhibitory concentrations of oxalate and then exposed to pH 4.5. Acidic conditions were also a prerequisite for a significant oxalate degradation rate, which dramatically increased in oxalate pre-adapted cells, as demonstrated in fermentation experiments with different pH-controlled batch cultures. These findings provide new insights in the characterization of oxalate-degrading probiotic bacteria and may support the use of B. animalis subsp. lactis as a promising adjunct for the prophylaxis and management of oxalate-related kidney disease. In order to provide some insight into the molecular mechanisms involved in the interaction with the host, in the second part of the job, we investigated whether Bifidobacterium was able to capture human plasminogen on the cell surface. The binding of human plasminogen to Bifidobacterium was dependent on lysine residues of surface protein receptors. By using a proteomic approach, we identified six putative plasminogen-binding proteins in the cell wall fraction of three strain of Bifidobacterium. The data suggest that plasminogen binding to Bifidobactrium is due to the concerted action of a number of proteins located on the bacterial cell surface, some of which are highly conserved cytoplasmic proteins which have other essential cellular functions. Our findings represent a step forward in understanding the mechanisms involved in the Bifidobacterium-host interaction. In these job w studied a new approach based on to MALDI-TOF MS to measure the interaction between entire bacterial cells and host molecular target. MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight)—mass spectrometry has been applied, for the first time, in the investigation of whole Bifidobacterium cells-host target proteins interaction. In particular, by means of this technique, a dose dependent human plasminogen-binding activity has been shown for Bifidobacterium. The involvement of lysine binding sites on the bacterial cell surface has been proved. The obtained result was found to be consistent with that from well-established standard methodologies, thus the proposed MALDI-TOF approach has the potential to enter as a fast alternative method in the field of biorecognition studies involving in bacterial cells and proteins of human origin.

Le neoplasie del gatto. Ricerche istologiche e immunoistochimiche

Il contributo di ricerca di questo lavoro è consistito nel rivalutare da un punto di vista diagnostico, classificativo e statistico, una casistica di neoplasie del gatto archiviate in 23 anni (1984-2006). Nei primi 20 anni sono state diagnosticate 1696 neoplasie su un totale di 3682 campioni prevenuti nello stesso periodo, con una prevalenza delle patologie di tipo neoplastico del 46,06%. Nei tre anni successivi sono state individuate 382 neoplasie su un totale di 601 campioni archiviati, con una prevalenza del 61,02%. Le neoplasie avevano per l'81,8% un comportamento maligno, e questo dato risulta coerente con il dato più recente sulla malignità (85,6%) e con quello fornito da altri autori. L'età dei soggetti affetti era simile nei due studi, compresa fra pochi mesi e 22 anni, con il maggior numero di casi fra 9 e 13 anni. Le due casistiche presentano inoltre dati simili riguardo gli organi coinvolti anche se i tumori della mammella sono notevolmente diminuiti negli ultimi anni, con un aumento corrispondente di neoplasie cutanee. I fibrosarcomi, che hanno subito un drastico aumento tra il 1993 e il 1994 si sono mantenuti costanti in tutti gli anni successivi, dato ancora oggi quasi certamente correlabile alle pratiche vaccinali. I linfomi sono risultati piuttosto infrequenti in entrambe le casistiche, comparate con i dati della letteratura in cui vengono riportate percentuali nettamente maggiori. I tumori del cavo orale e dell'intestino hanno mantenuto circa le stesse percentuali di insorgenza nel corso degli anni. Tra i tumori presenti in questo studio, sono stati approfonditi i tumori a carico delle sierose (mesoteliomi) e del polmone attraverso metodiche immunoistochimiche e ultrastrutturali. Nei 23 anni sono stati diagnosticati 10 casi di mesotelioma, di cui 8 coinvolgenti la pleura e due il peritoneo. Su questi casi è stata applicata una metodica immunoistochimica con un pannello anticorpale utilizzato di routine in patologia umana per la diagnosi di mesotelioma e per la diagnosi differenziale con i carcinomi polmonari. Tutti i casi presentavano una doppia positività per vimentina e citocheratine ad ampio spettro; anticorpi specifici come CK5/6 e HBME-1 hanno presentato una buona specificità. Anche la microscopia elettronica si è rivelata di ausilio, mettendo in evidenza la presenza di tonofilamenti citoplasmatici e di microvilli, tipici delle cellule mesoteliali. Le neoplasie polmonari, analogamente a quelle umane hanno, sono notevolmente aumentate negli ultimi anni. Dei 24 casi raccolti tra il materiale di archivio, 14 sono stati diagnosticati negli ultimi 5 anni. Si è rilevata una significativa predisposizione nei gatti di razza Persiana, e le metastasi più frequenti sono state a carico dei linfonodi, del miocardio e dei cuscinetti plantari, analogamente a quanto segnalato in letteratura. L’istotipo più rappresentato è stato il carcinoma squamoso, seguito da adenocarcinomi papillari e bronchioloalveolari. Il pannello immunoistochimico applicato, finalizzato a individuare l’origine broncogena o ghiandolare della neoplasia, è risultato utile per la diagnosi delle forme squamose poco differenziate (CK 5/6 e CK 14). Infine è stato testato l’anticorpo di elezione nella diagnosi differenziale fra le neoplasie primitive e secondarie del polmone, il TTF-1, che però non ha cross-reagito con tessuti di gatto; la diagnosi di neoplasia primitiva polmonare si è dunque basata sull’assenza, anche nei dati anamnestici, di masse in altri distretti corporei.

Development of new therapeutic approaches in the treatments of Inflammatory Bowel Diseases: functional food and nutraceuticals vs synthetic peptides based vaccines

Inflammatory Bowel Diseases (IBD) are intestinal chronic relapsing diseases which ethiopathogenesis remains uncertain. Several group have attempted to study the role of factors involved such as genetic susceptibility, environmental factors such as smoke, diet, sex, immunological factors as well as the microbioma. None of the treatments available satisfy several criteria at the same time such as safety, long-term remission, histopatological healing, and specificity. We used two different approaches for the development of new therapeutic treatment for Inflammatory Bowel Disease. The first is focused on the understanding of the potential role of functional food and nutraceuticals nutrients in the treatment of IBD. To do so, we investigated the role of Curcuma longa in the treatment of chemical induced colitis in mice model. Since Curcma Longa has been investigated for its antinflammatory role related to the TNFα pathway as well investigators have reported few cases of patients with ulcerative colites treated with this herbs, we harbored the hypothesis of a role of Curcuma Longa in the treatment f IBD as well as we decided to assess its role in intestinal motility. The second part is based on an immunological approach to develop new drugs to induce suppression in Crohn’s disease or to induce mucosa immunity such as in colonrectal tumor. The main idea behind this approach is that we could manipulate relevant cell-cell interactions using synthetic peptides. We demonstrated the role of the unique interaction between molecules expressed on intestinal epithelial cells such as CD1d and CEACAM5 and on CD8+ T cells. In normal condition this interaction has a role for the expansion of the suppressor CD8+ T cells. Here, we characterized this interaction, we defined which are the epitope involved in the binding and we attempted to develop synthetic peptides from the N domain of CEACAM5 in order to manipulate it.

Rilievi anatomo-patologici e batteriologici condotti sull’apparato gastroenterico di una metapopolazione di cinghiali (Sus scrofa)

Nell’ambito della patologia gastroenterica del suino sono comprese alcune malattie sostenute da batteri spirillari gram negativi, di cui sono disponibili numerose trattazioni riguardanti, soprattutto, l'aspetto epidemiologico e patogenetico. Per alcuni di questi agenti microbici, e per le relative manifestazioni patologiche, poco si conosce nel cinghiale selvatico, animale correlato filogeneticamente al suino domestico, ma compreso in un’ecologia completamente differente. Da queste premesse è nato un approccio di ricerca e studio del comportamento di questi microrganismi in una metapopolazione di cinghiali, abbattuti durante il piano di controllo della popolazione densità-dipendente nel Parco dei Gessi e Calanchi dell’Abbadessa (BO), cercando di rapportare le conoscenze riportate in letteratura sul suino domestico con quanto è scaturito dalle indagini condotte sul cinghiale selvatico. In particolare è stata indagata con metodica immunoistochimica la presenza di Lawsonia intracellularis, patogeno del suino responsabile di Enterite Proliferativa (EP), in secondo luogo sono state condotte indagini batteriologiche e istologiche da stomaco e intestino, finalizzate all’isolamento di microrganismi spirillari dei generi Campylobacter e Helicobacter, da correlare all’eventuale presenza di lesioni infiammatorie e ulcerative gastriche o enteriche valutate secondo sistemi a punteggio ottenuti dalla bibliografia o realizzati in base alla tipologia di infiltrato cellulare e alla sua localizzazione. In ultimo, a fini comparativi con uno studio condotto nel 2002-2004 nello steso Parco Regionale, sono stati monitorati i livelli di antibioticoresistenza di indicatori fecali usando metodiche internazionali standardizzate (Escherichia coli e Enterococcus faecium.) nonché su un numero significativo di isolati di Campylobacter lanienae, per ottenere indicazioni preliminari sull’andamento nei 10 anni trascorsi dello stato di inquinamento da farmaco del Parco stesso. I risultati ottenuti permettono di ampliare le conoscenze sulla flora enterica del cinghiale selvatico e pongono questioni di sicurezza pubblica sulla gestione dei mammiferi selvatici.

Ecografia bidimensionale e con mezzo di contrasto nello studio delle patologie gastro-intestinali del gatto

L’ecografia del tratto gastroenterico è una delle metodiche d’elezione nella valutazione diagnostica delle patologie gastrointestinali nel gatto. In questa tesi dottorale sono presentati i risultati di tre studi in cui l’ecografia convenzionale e con mezzo di contrasto è stata impiegata in gatti sani o con patologie gastroenteriche. Lo scopo del primo studio, prospettico, è stato quello di determinare lo spessore ecografico dei singoli strati di parete nell’intestino tenue in una popolazione di gatti sani. Lo strato mucoso è risultato significativamente più spesso nel duodeno e nel digiuno, per la maggiore grandezza dei villi in queste porzioni dell’intestino tenue. A livello dell’ileo, gli strati di maggior spessore sono risultati quello sottomucoso, per l’abbondante presenza di aggregati linfoidi, e quello muscolare, a causa delle caratteristiche anatomo-funzionali di sfintere che questo tratto intestinale svolge. Il secondo progetto, retrospettivo, nasce dalla collaborazione tra due centri universitari, uno italiano e uno americano, con l’obiettivo di confrontare lo spessore della tonaca muscolare intestinale in gatti affetti da Inflammatory Bowel disease (IBD) o da neoplasie intestinali. In questo studio, l’ipertrofia della tonaca muscolare (ITM) è stato maggiormente osservato in gatti con IBD rispetto a gatti con neoplasie intestinali, ma non sono state evidenziate differenze di spessore della tonaca muscolare tali da poter differenziare le due patologie. Lo scopo del terzo progetto, prospettico, è stato quello di descrivere il pattern di perfusione parietale del piccolo intestino, valutato mediante uso di mezzo di contrasto ecografico, in gatti con ITM associata a IBD. In tutti gli animali studiati, l’ITM si è associato a una modesta assunzione del mezzo di contrasto rispetto agli altri strati della parete intestinale. Questi risultati confermano che l’ITM che si osserva in gatti con IBD non è associato a significativi aumenti della vascolarizzazione di tale strato parietale.