LA SCOPERTA DEL MICROBIOTA URINARIO

La scoperta del microbiota urinario ha superato il dogma secondo cui l’urina sarebbe sterile in assenza di infezione. La vescica ospita comunità microbiche specifiche, influenzate da età, ormoni, farmaci e condizioni cliniche, che possono contribuire sia alla protezione sia ai disturbi urinari.

Per più di un secolo i medici sono stati convinti che, in assenza di infezioni, l’urina fosse sterile. Ma negli ultimi anni, grazie agli enormi progressi nelle tecniche di indagine microbiologica, questo dogma è caduto. Oggi sappiamo che in condizioni fisiologiche l’urina, e le vie urinarie, ospitano un variegato – anche se relativamente scarso in termini quantitativi – microbiota, la cui rilevanza per lo stato di salute dell’ospite è tuttora oggetto di indagine.

Lo studio del microbiota urinario sta muovendo i suoi primi passi. I primi articoli scientifici sull’argomento compaiono nel 2011; dodici anni dopo, una ricerca con la frase chiave “urinary microbiome” su PubMed restituisce meno di 200 risultati.

Ma, nonostante la nostra conoscenza del microbiota urinario sia solo agli albori, abbiamo già evidenze del fatto che la salute delle vie urinarie è influenzata dalla comunità microbica che vi risiede. Disordini la cui eziologia ha sempre escluso cause batteriche, come l’incontinenza urinaria, i tumori urologici, la cistite interstiziale, la vescica neurologica e la prostatite cronica, mostrano tutti caratteristiche di un microbiota alterato rispetto a quello di persone sane e asintomatiche, con la prevalenza di specifiche comunità batteriche [1,2].

Una prospettiva storica

L’origine del dogma secondo cui l’urina è sterile risale alla metà dell’800, nell’ambito dei tentativi di costruire la teoria dei germi da parte dei primi batteriologi, tra cui Louis Pasteur. In altre parole questo dogma è nato in un’epoca in cui la microbiologia era ancora agli albori e tutti i batteri erano considerati agenti patogeni. Gli studi sulla flora batterica delle urine hanno sempre avuto l’obiettivo di identificare quali organismi abbiano un potenziale uropatogeno e quale quantità di batteri sia da considerarsi significativa ai fini della diagnosi di un’infezione urinaria. E, con il passare del tempo, è emersa una situazione sempre più sfumata e complessa [9].

Si è partiti dai lavori di Edward Kass, infettivologo della Harvard Medical School, che negli anni ’50 ha stabilito che nei casi di pielonefrite la soglia per considerare positiva una urinocoltura è di 10⁵ UFC/ml: conte microbiche più basse sono più probabilmente dovute a contaminazione. Già durante gli anni ’60 però emerge da diversi studi che le pazienti con sintomi di cistite spesso hanno conte inferiori, finché del 1982 Stamm e collaboratori dimostrano che, in presenza di sintomi di cistite, il miglior criterio diagnostico è la presenza nel mitto intermedio di sole 10² UFC/ml di batteri coliformi [9].

Ad ampliare ulteriormente il quadro arriva Rosalind Maskell, medico e dirigente di laboratorio di microbiologia nel Regno Unito, che tra gli anni ‘70 e ‘80 nota che le urine di molte pazienti con sintomi di infezione urinaria che risultano negative secondo i metodi colturali standard contengono in realtà organismi che richiedono condizioni di crescita differenti rispetto a quelle standard, e/o che crescono più lentamente. Conclude quindi che molti disturbi urinari considerati “abatterici” hanno in realtà un’eziologia batterica, e che l’urinocoltura standard è insufficiente per diagnosticarli [9].

Fin qui comunque la ricerca è ancora tutta orientata verso la patologia: il punto di vista è sempre che in condizioni normali l’urina sia sterile, ma ci si comincia a rendere conto dei limiti delle comuni tecniche colturali e si prende in considerazione la necessità di rivedere il concetto di uropatogeno, includendo anche organismi atipici.

In parallelo cominciano ad esserci anche i primi resoconti secondo cui le urine di soggetti asintomatici contengono spesso lattobacilli e altri organismi tipici della flora vaginale, la cui presenza viene sbrigativamente etichettata come “commensali o contaminanti” [3].

Affinché nasca il concetto di microbiota urinario bisogna aspettare il 2011 e l’utilizzo di metodi di indagine microbiologica basati non sulla coltura ma sul sequenziamento genetico.

Composizione del microbiota urinario

Il primo studio che analizza con metodi di sequenziamento genetico l’urina di soggetti sani e asintomatici, quindi con l’esplicito obiettivo di caratterizzare il microbiota urinario umano, è del 2011 [4]. Vengono analizzati campioni di urine di 8 donne, ottenuti tramite normale minzione (mitto intermedio) e negativi secondo l’urinocoltura standard: tutti contengono materiale genetico di derivazione batterica.

Le caratteristiche salienti che emergono da questo primo studio sono:

• Identificazione di 45 generi batterici diversi, molti dei quali (ma non tutti) già noti per appartenere al microbiota umano e soprattutto vaginale.
• Il genere maggiormente rappresentato è quello dei lattobacilli, sia in termini di frequenza con cui viene individuato sia in termini di abbondanza nei singoli campioni.
• Sono presenti specie potenzialmente patogene.
• I profili microbici mostrano una grande variabilità individuale, sia dal punto di vista della composizione sia da quello della ricchezza e diversità.
• Nella maggior parte dei campioni si può identificare un genere dominante, mentre alcuni hanno una struttura piuttosto omogenea.

Negli anni successivi, con il moltiplicarsi degli studi e il crescere del campione di soggetti analizzati, si allunga sempre più la lista dei generi batterici rappresentati nel microbiota urinario, che nel 2017 sono già alcune centinaia. Ma questi primi risultati, nelle loro linee generali, vengono confermati.

In linea generale emergono due differenze chiave tra il microbiota urinario e quello di altri siti del corpo umano, nonostante molti generi di batteri siano gli stessi. Anzitutto il microbiota urinario è composto da un numero di batteri molto piccolo, certamente meno di 10⁴ UFC per ml di urina, ma spesso sono state rilevate solo alcune decine di UFC/ml. Confrontiamo queste cifre con le 10¹¹-10¹² UFC per g di feci che caratterizzano il microbiota intestinale. Inoltre il microbiota urinario presenta una biodiversità inferiore rispetto ad altri siti microbici come la pelle, la bocca o il tratto gastrointestinale, paragonabile a quella del microbiota vaginale [8,3].

Gli urotipi

Un approccio qualitativo per gestire e interpretare l’estrema complessità dei dati ricavati dagli studi sul microbiota urinario è l’individuazione dei cosiddetti urotipi, analoghi degli enterotipi nell’intestino e dei “Community State Types” (CST o vaginotipi) nella vagina. Si tratta di insiemi che raggruppano comunità microbiche simili da un punto di vista tassonomico.

Integrando i dati di quattro diversi studi [5,6,7,8], per un totale di 371 donne analizzate, dall’analisi genetica emergono tre urotipi fondamentali: la maggior parte dei soggetti appartiene all’urotipo dominato dal genere Lactobacillus, che in tutti i quattro studi mostra una prevalenza di circa il 50%; secondo, ma a grande distanza, si attesta l’urotipo dominato da Gardnerella, con una prevalenza di circa il 18%; terzo (6-20%) il gruppo degli urotipi misti o omogenei, in cui cioè non c’è alcun genere chiaramente dominante. Su questi tre urotipi gli studi citati sono in ottimo accordo tra loro. In aggiunta emergono, non da tutti gli studi, alcuni urotipi minoritari, tra cui Staphylococcus, Enterobacteriaceae, Sneathia, Bifidobacterium. In alcuni campioni di urina non è stato rilevato materiale genetico di alcun tipo, ma questo viene interpretato dagli autori come dovuto ai limiti delle attuali tecniche di analisi più che come effettiva assenza di un microbiota.

Da notare che i quattro studi citati hanno coinvolto per la maggior parte donne affette da incontinenza da urgenza, quindi la prevalenza dei diversi urotipi nella popolazione femminile generale potrebbe essere diversa. In effetti dai dati emerge che le donne con vescica neurologica o incontinenza da urgenza presentano una maggiore ricchezza di specie batteriche, una maggiore prevalenza di generi come Gardnerella, Actinomyces, Aerococcus, e minore di lattobacilli.

Fattori che influenzano il microbiota urinario

La maggior parte degli studi scientifici sul microbiota urinario si sono focalizzati sulle sue caratteristiche in condizioni patologiche, e hanno coinvolto piccoli campioni di individui, al massimo poche centinaia. In questo panorama, particolare interesse riveste il primo studio di grandi dimensioni e condotto esclusivamente su una popolazione sana e non selezionata [3]. Analizzando 800 coppie di gemelli (tutte donne senza infezioni urinarie attive, per la maggior parte in menopausa), per un totale quindi di 1.600 persone, gli autori hanno cercato di scoprire quali sono i fattori che influenzano la composizione di un microbiota urinario normale, e in particolare di stabilire l’importanza relativa dei fattori genetici e ambientali. Ecco i risultati principali.

Anzitutto risulta evidente che il microbiota urinario ha caratteristiche uniche, differenti da quelle dei siti adiacenti: intestino e vagina. La sua biodiversità, quindi il numero di specie presenti, è molto inferiore rispetto all’intestino e paragonabile a quella del microbiota vaginale. Rispetto al microbiota intestinale sono presenti più Actinobacteria, Fusobacteria e Proteobacteria, ma meno Bacteroidetes, Firmicutes e Verrumicrobia.

Nei 1.600 campioni di urina analizzati sono state riscontrate in totale più di 10.000 diverse specie di batteri. La variabilità individuale è molto elevata: pochissime le specie comuni a più campioni.

Tra i fattori che influenzano la composizione del microbiota urinario troviamo al primo posto l’età. Le donne più giovani e in migliori condizioni di salute hanno maggiori probabilità di avere una concentrazione estremamente bassa di batteri nell’urina. Inoltre con l’avanzare dell’età la biodiversità del microbiota aumenta.

Dopo l’età, altri fattori determinanti risultano, in ordine di importanze, l’essere o meno in menopausa, l’avere o meno una storia di infezioni urinarie, e le caratteristiche genetiche dell’ospite. E poi, anche se meno impattanti, il numero di gravidanze avute, l’assunzione recente di antibiotici, e infine l’alimentazione. Una significativa differenza rispetto al microbiota intestinale, che al contrario è influenzato primariamente dalla dieta e dall’ambiente in cui si vive.

Per quanto riguarda specificamente i fattori genetici, gli autori hanno constatato che la loro importanza nel plasmare il microbiota urinario è notevole, e giocano un ruolo particolarmente significativo nel determinare la presenza di alcuni batteri di importanza clinica come Escherichia coli e Lactobacillus iners. La presenza di E. coli inoltre è più probabile nelle donne più anziane.

Ruolo del microbiota urinario nelle patologie urologiche, e domande aperte

Ora che sappiamo che esiste un microbiota vescicale, come possiamo distinguere se si tratta di un amico o di un nemico? La ricerca attuale è focalizzata a stabilire quale sia la gamma normale di microbioti urinari nei diversi gruppi di pazienti (divisi ad esempio per genere, età, stato ormonale e origine etnica), quindi quei microbioti associati a una vescica sana; quali variazioni il microbiota subisca in una singola persona nel corso del tempo e in relazione alle diverse patologie; quali batteri causino sintomi specifici, come una risposta infiammatoria.

Dal punto di vista clinico la scoperta del microbiota urinario apre domande e suggerisce nuove ipotesi sulla patogenesi, diagnosi e gestione delle patologie urinarie, prime fra tutte le infezioni. Per esempio un campione di urina, positivo per Escherichia coli secondo la coltura standard, all’analisi genetica risulta ricco di DNA associato con i generi Aerococcus e Actinobaculum, ma molto povero di DNA di E. coli (caso documentato [4]). I sintomi clinici di questa paziente sono dunque causati dal numero relativamente piccolo del tipico uropatogeno E. coli, dai batteri non coltivabili, numericamente superiori, o da una combinazione di entrambi? 

Viene poi messo in discussione il concetto che una infezione urinaria inizi sempre con l’invasione delle vie urinarie da parte dei batteri: potrebbe anche partire da un microbioma residente a cui viene data la possibilità di moltiplicarsi (un concetto parallelo a quello di infezioni vaginali come la candidosi e la vaginosi batterica). L’esistenza di un microbioma vescicale potrebbe spiegare l’associazione che si osserva tra cistite/nefrite e residuo post-minzionale, abitudine di trattenere l’urina, reflusso vescico-ureterale. Perché mai, infatti, il reflusso di urina sterile dovrebbe provocare nefrite? [3].

Ma le infezioni non sono l’unico focus della ricerca sul microbiota urinario: anche la sua influenza sullo sviluppo di problematiche non infettive è oggetto di indagine. Al momento esistono dati che mettono in relazione specifiche tassonomie del microbiota urinario con le seguenti patologie:

• cancro della vescica (probabilmente l’area su cui attualmente la ricerca è più attiva) [10]
• ipertrofia prostatica benigna
• vescica iperattiva e incontinenza da urgenza
• dolore pelvico cronico
• urolitiasi [11].

La direzione in cui si sta muovendo la ricerca è consolidare le conoscenze circa il ruolo del microbiota urinario in queste condizioni tramite studi più ampi, con l’obiettivo di mettere a punto approcci diagnostici e terapeutici basati sul microbiota.