IT202100007061A1 - Metodo per la ricerca di microorganismi nel microbiota umano o animale - Google Patents
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Description
METODO PER LA RICERCA DI MICROORGANISMI NEL MICROBIOTA
UMANO O ANIMALE
Descrizione
La presente invenzione ? generalmente applicabile al settore della microbiologia ed ha particolarmente per oggetto un metodo per la ricerca di microorganismi all?interno del microbiota umano o animale e per l?eventuale correlazione di possibili patologie con la presenza di tali microorganismi, quali batteri e funghi, nel microbiota analizzato anche al fine di valutare possibili terapie.
Il termine ?microbiota? designa l?insieme di tutti i microrganismi presenti all?interno di un determinato organismo e che va a definire il ?microbioma?, ossia il patrimonio genetico complessivo (genoma) di queste popolazioni microbiche e le sue interazioni con l?organismo ospite.
Diversi studi hanno dimostrato che il microbiota presente all?interno del corpo umano non ? solo causa di malattie ma ci fornisce un genoma ricchissimo da cui prendiamo a prestito una gran quantit? di geni, necessari per sopravvivere e permettere l?adattamento del corpo ai continui cambiamenti.
Per questo motivo l?alterazione del microbiota, e con esso del corrispondente patrimonio genetico, pu? associarsi ad una serie di effetti collaterali che possono sfociare in una o pi? patologie.
Ne consegue che il ripristino delle condizioni ottimali del microbiota pu? rappresentare una soluzione o perlomeno un ausilio anche per la cura della patologia correlata.
Per questo motivo ? sentita l?esigenza per una tecnica che permetta di analizzare i microorganismi presenti nel microbiota di un organismo affetto da una patologia al fine di poter correlare tale patologia con la presenza di questi microorganismi al fine di valutare le possibilit? di cura della patologia.
Tale esigenza ? risolta dal metodo secondo la presente invenzione, in accordo alla rivendicazione 1, alla quale si rimanda per maggiore sinteticit? dell?esposizione. Forme vantaggiose di realizzazione dell?invenzione sono ottenute in accordo alle rivendicazioni dipendenti.
Esempi di realizzazione preferiti
Di seguito saranno descritte alcune modalit? operative che rappresentano varianti esemplificative e non limitative del metodo secondo la presente invenzione.
Tali metodi potranno essere implementati all?interno di una procedura di intervento diagnostico e/o terapeutico per pazienti affetti da patologie la cui terapia ? di tipo non chirurgico.
In particolare, tali metodiche potranno trovare applicazione in presenza di pazienti affetti da patologie non curabili mediante comuni farmaci ovvero per le quali non ? possibile identificare le molecole patogene mediante le comuni tecniche, quale la spettrometria di massa.
In Fig.1 ? illustrato un possibile algoritmo operativo dal quale si osserva il ricorso ad analisi del microbiota intestinale e dell?epitelio intestinale in presenza di patologie per le quali il ricorso ai normali farmaci o alle terapie geniche non ha avuto effetto o non ha prodotto completa guarigione, oppure in quei casi in cui non ? stato possibile identificare le molecole patogene mediante le tecniche note quali la spettrometria di massa.
Metodo 1
Secondo una prima modalit? operativa, finalizzata alla ricerca dei microrganismi totali, si procede innanzitutto alla raccolta di un campione biologico del paziente affetto da patologia per la quale si sospetta un possibile coinvolgimento del microbiota intestinale. In particolare, il campione biologico sar? un campione fecale.
Il campione ? sottoposto a citometria a flusso con cellula singola mediante citofluorimetro con conteggio volumetrico che adopera come eluente una soluzione acquosa acqua/PES.
In questo modo ? possibile separare singolarmente le cellule batteriche e i funghi, che saranno poi inserite singolarmente nei chips di un microarray opportunamente predisposto, con velocit? di flusso per campione cellulare che sar? definito dalla tipologia del citofluorimetro.
In ognuno di questi chips sono presenti in sospensione due terreni: un primo terreno di coltura non selettivo per batteri, ad esempio agar McConkey, e uno per funghi, quale il Sabouraud dextrose agar.
Tali terreni non dovranno essere fluorescenti e dovranno favorire l?attivit? batterica o funginea.
A questo punto, in funzione del materiale ottenuto, per ogni chip potranno essere eseguite quattro diverse metodiche.
Una prima metodica prevede una coltura cellulare su terreni selettivi.
Una seconda possibilit? prevede il ricorso a RT-PCR (Real Time, Polymerase Chain Reaction) sul materiale genetico dei singoli batteri/funghi per esaminarne il genoma e conseguentemente la specie. Ci possono essere piccole diversit? tra batteri/funghi appartenenti ad una singola specie e ci? potrebbe avere un valore significativo per la patologia del paziente, pertanto occorre ?disegnare? primers specifici e meno specifici. Una terza possibilit? prevede l?analisi della carica virale presente nei chip, ad esempio mediante tampone per test PCR o antigenico, in quanto i batteri/funghi possono essere veicolo di virus, come il coronavirus SARS-CoV-2
Infine, una quarta metodologia operativa prevede la filtrazione della sospensione presente in ogni chip ed inoculazione in animali da esperimento (ad esempio topi o conigli) o nel sangue o in organoidi per valutare la reazione del tessuto o del sistema immunitario.
Metodo 2
Una seconda modalit? operativa, finalizzata alla ricerca dei microrganismi producenti molecole prevede l?utilizzo della spettrometria di massa per individuare le molecole nel siero del paziente (ad es. le tossine).
Anche in questo caso si procede poi all?acquisizione di un campione biologico, preferibilmente un campione fecale, cos? da recuperare tantissimi batteri e funghi, tra i quali quelli producenti le molecole trovate nel siero.
Si procede in maniera analoga alla prima modalit? operativa, separando singolarmente le cellule batteriche e i funghi tramite citometria a flusso mediante citofluorimentro provvisto di conteggio volumetrico adoperante soluzione acquosa acqua/PES come fluido eluente, per poi introdurre singolarmente le cellule nei chips del microarray. Il fluido eluente non deve intaccare le caratteristiche e/o la vitalit? dei batteri e dei funghi.
In ognuno di questi chips sono presenti in sospensione due terreni: un primo terreno di coltura non selettivo per batteri, ad esempio agar McConkey, e uno per funghi, quale il Sabouraud dextrose agar, che hanno la propriet? di non essere fluorescenti e di favorire l?attivit? batterica o funginea.
Potranno essere presenti chips contenenti gli stessi batteri o funghi, in funzione dalla proporzione con cui essi sono presenti nel campione fecale.
In aggiunta alla precedente metodica, i chips contengono anche anticorpi e/o enzimi a fluorescenza legati al fondo dei chips e che riconoscono le molecole trovate in precedenza.
Quando avverr? il contatto con tali molecole, e solo con esse, si proceder?, nel caso degli anticorpi, ad identificazione con tecnica ELISA sandwich, con cui si proceder? alla cattura dell?antigene o della molecola, mentre nel caso di enzimi a fluorescenza l?evidenza della presenza della molecola sar? fornita dal fatto che tali enzimi cambiano fluorescenza quando legano la molecola.
Il ricorso agli anticorpi ha il vantaggio di possedere alta specificit? ma, di contro, presenta costi elevati, richiede un tempo di attesa aggiuntivo per ottenere l?anticorpo e quindi anche un ulteriore step nel procedimento.
Il ricorso agli enzimi ha buona specificit?, anche se inferiore al caso precedente, e costi contenuti, ma necessit? di un numero elevato di enzimi con recettori specifici.
In entrambi i casi sar? possibile conoscere il batterio o fungo responsabile della produzione di queste molecole, indipendentemente se condizionato o meno da un fago, per favorirne la crescita in modo da poterlo identificare ed estrarne il suo DNA da analizzare.
Il ciclo del fago deve essere lisogeno e non litico.
Si precisa che nel caso le molecole ricercate nel siero siano enzimi, saranno identificate con una molecola fluorescente che faccia loro da substrato, cambiando la fluorescenza una volta che sia avvenuto il contatto.
Metodo 3
Una terza modalit? operativa, finalizzata alla ricerca dei microrganismi producenti molecole prevede il ricorso iniziale alla spettrometria di massa per individuare le molecole nel siero del paziente (ad es. le tossine).
Anche in questo caso si procede poi all?acquisizione di un campione biologico, preferibilmente un campione fecale, cos? da recuperare tantissimi batteri e funghi, tra i quali quelli producenti le molecole trovate nel siero.
Si procede in maniera analoga alle precedenti modalit? operative, separando singolarmente le cellule batteriche e i funghi tramite citometria a flusso mediante citofluorimentro provvisto di conteggio volumetrico adoperante soluzione acquosa acqua/PES come fluido eluente, per poi introdurre singolarmente le cellule nei chips del microarray.
Il fluido eluente non deve intaccare le caratteristiche e/o la vitalit? dei batteri e dei funghi.
In ognuno di questi chips sono presenti in sospensione due terreni: un primo terreno di coltura non selettivo per batteri, ad esempio agar McConkey, e uno per funghi, quale il Sabouraud dextrose agar, che hanno la propriet? di non essere fluorescenti e di favorire l?attivit? batterica o funginea.
I batteri e/o i funghi in crescita produrranno le molecole di interesse.
La soluzione viene filtrata con ultrafiltri ed analizzata con UHPLC-HRMS (Ultra High Performance Liquid Chromatography High Resolution Mass Spectrometry) Tale soluzione ha il vantaggio di possedere altissima specificit? anche se limitata da costo elevato.
Tale analisi permette di conoscere qual ? il batterio o fungo responsabile della produzione di queste molecole, indipendentemente se condizionato o meno da un fago, per favorirne la crescita ed identificarlo, cos? da estrarne il suo DNA per una successiva analisi.
Il ciclo del fago deve essere lisogeno e non litico.
Metodo 4
Una quarta modalit? operativa, finalizzata alla ricerca dei microrganismi producenti molecole prevede il ricorso iniziale alla spettrometria di massa per individuare le molecole nel siero del paziente (ad es. le tossine).
Si procede poi all?acquisizione di un campione biologico, preferibilmente un campione fecale, cos? da recuperare tantissimi batteri e funghi, tra i quali quelli producenti le molecole trovate nel siero.
Il campione ? incubato con uno o pi? virus, ad esempio i virus naturalmente presenti nel corpo umano, che si comportano come fagi, marcati con isotopo 32P.
Successivamente si procede al lavaggio e/o filtraggio del campione per rimuovere i virus.
La procedura prosegue, analogamente alle precedenti modalit? operative, separando singolarmente le cellule batteriche e i funghi tramite citometria a flusso mediante citofluorimentro provvisto di conteggio volumetrico adoperante soluzione acquosa acqua/PES come fluido eluente, per poi introdurre singolarmente le cellule nei chips del microarray. Il fluido eluente non deve intaccare le caratteristiche e/o la vitalit? dei batteri e dei funghi.
In ognuno di questi chips sono presenti in sospensione due terreni: un primo terreno di coltura non selettivo per batteri, ad esempio agar McConkey, e uno per funghi, quale il Sabouraud dextrose agar, che hanno la propriet? di non essere fluorescenti e di favorire l?attivit? batterica o funginea.
Solo i batteri e i funghi che renderanno fluorescente il rispettivo chip saranno coltivati in quanto sono quelli che producono le molecole ricercate, poich? sono i batteri e/o i funghi colpiti dal fago.
In questo modo sar? possibile conoscere qual ? il batterio/fungo responsabile della produzione delle molecole, indipendentemente se condizionato o meno da un fago, per favorirne la crescita al fine della sua identificazione e successiva estrazione del DNA ai fini di analisi.
Questa procedura ha il vantaggio di presentare elevata specificit? ma ha come limite la necessit? di manipolazione dei virus.
Anche in questo caso il ciclo del fago deve essere lisogeno e non litico.
Claims (10)
1. Un metodo per la ricerca di microorganismi patogeni all?interno del microbiota umano o animale, comprendente le seguenti fasi:
a) prelievo di un campione biologico umano o animale in cui ricercare i microorganismi;
b) trattamento di detto campione biologico mediante citometria a flusso per separare singolarmente le cellule batteriche e i funghi presenti al suo interno;
c) predisposizione di un microarray provvisto di chips o pozzetti in ognuno dei quali sono presenti in sospensione un primo terreno di coltura per batteri ed un secondo terreno di coltura per funghi;
d) analisi e/o trattamento del materiale raccolto in detti terreni di coltura.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase d) ? scelta tra una delle seguenti fasi:
- coltura cellulare su terreni selettivi;
- esecuzione di RT-PCR (Real Time, Polymerase Chain Reaction) sui singoli batteri/funghi per esaminarne il genoma e conseguentemente la specie;
- analisi della carica virale presente in detti chip, ad esempio mediante tampone per test PCR o antigenico;
- filtrazione della sospensione presente in ognuno di detti chip ed inoculazione in animali da esperimento o nel sangue o in organoidi per valutare la reazione del tessuto o del sistema immunitario.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere, a monte di detta fase a) di prelievo di detto campione biologico, una fase e) di esecuzione di una spettrometria di massa per individuare le molecole presenti nel siero del paziente.
4. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detti chips contengono anche anticorpi e/o enzimi fluorescenti legati al fondo e che riconoscono le molecole trovate in detta fase e).
5. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta fase d) prevede il riconoscimento del batterio o fungo responsabile della produzione di dette molecole mediante tecnica ELISA sandwich, in caso di utilizzo di anticorpi, o utilizzo di recettori fluorescenti, in caso di utilizzo di enzimi.
6. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detta fase d) prevede il filtraggio della soluzione con ultrafiltri e successiva analisi con UHPLC-HRMS (Ultra High Performance Liquid Chromatography High Resolution Mass Spectrometry) per la determinazione del batterio o fungo responsabile della produzione di dette molecole.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui ? prevista una fase di accrescimento ed identificazione di detto batterio o fungo per la successiva estrazione ed analisi del suo DNA.
8. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui ? prevista, a monte di detta fase b), una fase di incubazione di detto campione con uno o pi? virus aventi funzione di fagi, marcati con isotopo 32P e successiva rimozione di detti uno o pi? virus.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui solo i batteri e/o i funghi colpiti dal fago e che renderanno fluorescente il rispettivo chip saranno coltivati per determinare qual ? il batterio o fungo responsabile della produzione di dette molecole, essendo inoltre prevista una successiva fase di accrescimento ed identificazione di detto batterio o fungo per la successiva estrazione ed analisi del suo DNA.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto campione biologico ? un campione fecale.
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2022
- 2022-03-15 WO PCT/IB2022/052311 patent/WO2022200917A1/en active Application Filing
- 2022-03-15 EP EP22723179.2A patent/EP4314319A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120107915A1 (en) * | 2010-10-25 | 2012-05-03 | Synthetic Genomics, Inc. | Method for high-throughput identification of microbial antagonists against pathogens |
Non-Patent Citations (3)
Title |
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HATZENPICHLER ROLAND ET AL: "Next-generation physiology approaches to study microbiome function at single cell level", NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY, NATURE PUBLISHING GROUP, GB, vol. 18, no. 4, 13 February 2020 (2020-02-13), pages 241 - 256, XP037065646, ISSN: 1740-1526, [retrieved on 20200213], DOI: 10.1038/S41579-020-0323-1 * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4314319A1 (en) | 2024-02-07 |
WO2022200917A1 (en) | 2022-09-29 |
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