Microbiota: chi dice che non esistono batteri “buoni”?

MICROBIOTA: COS’ È?

Per capire cosa sia il microbiota ci basta chiudere gli occhi ed immaginare una città vivace, come New York, in una mattina di un giorno feriale, con i marciapiedi invasi da persone che si affrettano per andare al lavoro o agli appuntamenti. Ora, zoomando all’indietro e rendendo tutto ciò a livello microscopico, si può avere una chiara immagine di come si presente il microbioma all’interno del nostro organismo, composto da trilioni di microrganismi di migliaia di specie diverse (Tra essi esistono non solo batteri, ma anche funghi, parassiti e virus che, in una persona sana, coesistono pacificamente). Il microbiota è addirittura definito un organo di supporto, perché svolge molti ruoli chiave nel promuovere il buon funzionamento quotidiano del corpo umano.

MICROBIOTA VS MICROBIOMA

I termini microbioma e microbiota vengono spesso utilizzati in maniera intercambiabile per indicare uno stesso “fenomeno”. I due termini, tuttavia, hanno un’origine differente. “Microbiota” indica una popolazione di microrganismi che colonizza un determinato luogo. Il termine “microbioma” invece indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota. In particolare, quando si parla di microbiota si fa riferimento alla totalità dei singoli microrganismi ⎼ batteri, funghi, archeobatteri e protozoi ⎼ e dei virus che vivono e colonizzano uno specifico ambiente in un determinato tempo.

Microbiota: miliardi di aiutanti nel nostro organismo

Metaforicamente si può dire che un microbiota è come uno scatto fotografico che immortala una popolazione di organismi microscopici residenti in uno spazio delimitato a un istante scelto arbitrariamente. Di conseguenza, il microbiota di un essere umano è solo una delle infinite fotografie in cui è possibile suddividere la vita microscopica del pianeta. Il microbiota umano, dunque, è definito come «l’insieme dei microrganismi che in maniera fisiologica, o talvolta patologica, vivono in simbiosi con il corpo umano». Questa popolazione microbica è concentrata perlopiù nel tratto intestinale. Tutto il corpo però, tranne il cervello e il sistema circolatorio, secondo recenti stime ospita un totale di circa 38.000 miliardi di batteri. Diverse sono le implicazioni del microbiota a livello fisiologico. Di fatti è ampiamente documentata ormai l’influenza del microbiota sulla regolazione dell’attività metabolica. Diverse evidenze sperimentali, inoltre, supportano l’impatto dello stesso sugli stati psicologici a causa dell’influenza sull’asse ipotalamo-ipofisi-surrene e sul sistema serotoninergico. Tra le altre implicazioni fisiologiche più importanti vi è quella che correla il microbiota umano allo sviluppo del sistema immunitario dalla prima infanzia. Infatti, molti modelli sperimentali hanno dimostrato che organi e strutture del sistema immunitario non si sviluppano correttamente se l’organismo non viene a contatto con i microbi. Secondo le teorie più recenti, inoltre, l’interazione fra microbiota e sistema immunitario servirebbe ad “addestrare”, prima e a “tenere allenate”, poi, le varie funzioni di quest’ultimo. In particolare, grazie al continuo contatto con gli elementi del microbiota, le sostanze da essi secrete e con quelle che essi elaborano a partire dalle componenti degli alimenti che vengono digeriti, il sistema immunitario si abitua a soddisfare due esigenze apparentemente contrastanti: difendere l’organismo dalle vere minacce, compresa una crescita anomala del microbiota stesso, e “tollerare” microbi e molecole che non presentano caratteristiche “a rischio” di provocare danni all’organismo. Ad esempio, fra i raffinati meccanismi impiegati per controllare lo sviluppo delle colonie batteriche c’è la produzione di IgA secretorie che rivestono il microbiota e permettono di regolarne lo sviluppo, in modo da prevenirne una crescita esponenziale. Questi anticorpi sono prodotti da plasmacellule, che a loro volta sono attivate da cellule, simili ai macrofagi, chiamate dendritiche, che sono localizzate nella parete intestinale. Il microbiota viene più o meno significativamente e rapidamente alterato da fattori esterni come la dieta, il tipo di parto o il tipo di microrganismi presenti nell’ambiente quotidiano. Da uno stato di equilibrio chiamato eubiosi si può quindi passare alla condizione contraria di disbiosi. È a quest’ultima che si deve l’aumentata incidenza di patologie metaboliche, cardiovascolari, infiammatorie, neurologiche, psichiche e oncologiche dette “malattie del progresso”. Oggi appare chiara l’importanza del microbiota nel mantenimento dello stato di salute dell’uomo. I microrganismi commensali, infatti, non solo supportano le funzioni dell’organismo umano come il metabolismo e il sistema immunitario, ma agiscono anche contro la proliferazione dei patogeni.

Microbioma: origine del nostro patrimonio genetico

Per spiegare come il microbiota supporta l’organismo umano è opportuno introdurre il concetto di microbioma. Come già accennato, il termine microbioma fa riferimento alla totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo è in grado di esprimere. Se consideriamo il microbioma umano, tali geni codificano per alcune molecole che il corpo non riesce a produrre autonomamente. Le statistiche potrebbero sbalordire: il 99% della nostra componente genetica è di origine batterica, come se fosse un secondo genoma. Per questo il microbiota può essere considerato come un organo endocrino aggiuntivo che fornisce un ampio numero di composti fondamentali al funzionamento degli organi umani. I geni del microbiota sono complementari ai geni dell’uomo e aiutano nel mantenimento dello stato di salute. Infatti supportano le funzioni umane quali la digestione, lo sviluppo del sistema immunitario e la sintesi di composti fondamentali. I concetti di eubiosi e disbiosi presi in considerazione poc’anzi, fanno stretto riferimento al microbioma. Nel primo caso si ha uno stato di equilibrio microbico in cui quel particolare microbioma produce metaboliti necessari al corpo umano e ha effetti positivi per salute umana. Nella condizione di disbiosi non solo viene meno la codifica genica delle molecole utili, ma vengono in parte metabolizzati composti dannosi da parte dei microrganismi patogeni, anch’essi parte del microbiota. Per questi motivi i cambiamenti del microbiota e, conseguentemente, del microbioma impattano sull’omeostasi del corpo.

ANALISI DEL MICROBIOTA INTESTINALE

Se oggi possiamo studiare (sebbene solo per quanto riguarda la parte batterica) la composizione del microbiota lo dobbiamo alla metagenomica, la quale basa le proprie indagini sul microbioma. In particolare, l’esame in grado di indagare la popolazione batterica è il sequenziamento genomico del 16S rRNA, un gene dell’RNA specifico di ogni batterio che serve a produrre i ribosomi, responsabili della sintesi proteica. Identificarlo significa risalire alla singola specie batterica.

Nonostante possa esser eseguito in tutte le fasi della vita per controllare lo stato di benessere del microbiota, il medico potrebbe indicare di eseguire il test in particolare nelle seguenti situazioni:

• Insorgenza e/o persistenza di sintomi intestinali o urogenitali di lieve o moderata entità (coliti, cistiti, uretriti ecc.) per prevenire il decorso in eventuali patologie;
• Sovrappeso e obesità per integrare piani nutrizionali mirati ad un sano controllo del peso;
• Infanzia e vecchiaia per favorire una corretta maturazione batterica nel primo caso e limitare gli effetti tipici dell’invecchiamento (come la depressione immunitaria) e l’instaurarsi di processi infiammatori nel secondo;
• Gravidanza e allattamento per sostenere lo sviluppo microbico del neonato;
• Nelle fasi iniziali della menopausa;
• In caso di necessità nutrizionali specifiche (per chi pratica ad esempio un’attività sportiva particolarmente intensa);

Quali parametri si possono analizzare con il test del microbiota?

• Parametri di base: l’indice di biodiversità (alpha-diversity) e l’eventuale grado di disbiosi dell’ecosistema intestinale;
• Analisi descrittiva dell’abbondanza relativa delle famiglie batteriche presenti nel campione;
• Analisi delle principali classi funzionali per determinare il grado di efficienza metabolica, ovvero la capacità del microbiota di produrre composti rilevanti per la salute umana. Tra le attività e i metaboliti principalmente valutati troviamo:

• Attività proteolitica: permette di degradare le proteine animali; una sua iper-espressione compromette il metabolismo energetico attraverso la produzione di composti bioattivi;
• Attività mucolitica: importante per garantire il rinnovamento dello strato mucosale ma che, se eccessivamente stimolata, può portare anche al danneggiamento della mucosa stessa;
• Acidi grassi a catena corta o SCFAs (propionato, butirrato, acetato): importanti per il corretto funzionamento del sistema immunitario, del metabolismo energetico e per l’integrità della barriera intestinale;
• Lattato: utile per il controllo del pH del lume intestinale;
• Acido solfidrico: una sua eccessiva produzione, infatti, promuove l’infiammazione e la permeabilità intestinale con conseguente diffusione batterica nel circolo sistemico;
• Lipopolisaccaride batterico: rappresenta un’endotossina importante per la giusta stimolazione del sistema immunitario ma che se prodotta in quantità elevate può portare a diverse patologie anche autoimmuni;

• Valutazione della presenza di gruppi batteri potenzialmente patogeni (Clostridium perfringens, Salmonella, Clostridium difficile). Anche se presenti in bassissime concentrazioni infatti possono, proliferando, dar luogo a diverse patologie o stati infettivi;
• Analisi delle funzioni fisiologiche espresse in “indici” calcolati in base all’abbondanza relativa delle specie coinvolte in quella funzione. Nel dettaglio:
  • Immunomodulazione: indica la capacità del microbiota di sostenere correttamente il sistema immunitario in base all’espressione di batteri immunomodulanti;
  • Regolazione delle attività cognitive ed emotive: considerando l’ormai comprovata esistenza dell’asse intestino-cervello, è valutata la presenza di batteri in grado di produrre metaboliti che possano modulare lo stato di stress, ansia, depressione come ad esempio la serotonina;
  • Capacità di resistenza ai patogeni: o effetto barriera, esprime il grado con cui il microbiota è in grado di reprimere o ostacolare la colonizzazione e la proliferazione di microorganismi potenzialmente dannosi;
  • Potenzialità nel favorire lo sviluppo di patologie infiammatorie intestinali, metaboliche, cardiovascolari o disordini legati all’invecchiamento;
  • Condizionamento della permeabilità intestinale. alcuni batteri, infatti, attraverso la produzione di specifici metaboliti portano benefici all’epitelio intestinale, altri, invece, ne minano l’integrità e quindi la corretta funzionalità con possibili conseguenze a livello sistemico;

MICROBIOTA INTESTINALE E ALZHEIMER

La malattia di Alzheimer è una malattia neurodegenerativa che rappresenta la causa più comune di demenza senile di cui non si conoscono ancora le cause. Ancora incurabile, colpisce direttamente quasi un milione di persone in Europa. Negli ultimi anni la comunità scientifica ha osservato una stretta correlazione tra la composizione del microbiota intestinale e la comparsa di placche amiloidi a livello celebrale, caratteristiche della malattia di Alzheimer. Un recente studio pubblicato sulla rivista internazionale JAD (Journal of Alzheimer’s Disease) ha evidenziato chiaramente questa correlazione. Lo studio è stato condotto da un team di ricercatori italiani. Questo studio ha confermato la correlazione, nell’uomo, tra uno squilibrio del microbiota intestinale e lo sviluppo di placche amiloidi nel cervello. Alcuni batteri intestinali sembrano produrre determinate proteine in grado di modificare l’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso e così innescare la malattia. In particolare, le sostanze e i composti responsabili di questo processo irreversibile sono risultati essere gli acidi grassi a corta catena ed i lipopolisaccaridi.

E’ noto che i pazienti con malattia di Alzheimer conclamata presentino un’alterazione della flora intestinale, una scarsa diversità batterica ed un’anomala produzione di acidi grassi liberi a corta catena. Queste molecole hanno un effetto protettivo ed un’azione antiinfiammatoria sia a livello enterico che cerebrale. Questo studio ha coinvolto pazienti di età compresa tra 65-85 anni, un gruppo con Alzheimer già diagnosticato, un secondo con sintomatologia più lieve, (perdita di memoria) ed un terzo senza evidenti problemi neurodegenerativi. Tra le indagini diagnostiche effettuate, la Pet Imaging ha evidenziato che i soggetti con A.D. presentavano a livello celebrale numerose placche amiloidi mentre nel sangue si osservava la comparsa di molecole pro-infiammatorie, lipopolisaccaridi ed un’alterata produzione di acidi grassi a corta catena. Per questi acidi, opportunamente dosati, è stato chiaramente verificato che alti livelli di acido acetico e di acido valerico sono associati ad una maggiore quantità di depositi di amiloide a livello celebrale mentre alti livelli di acido butirrico svolgono un effetto antiinfiammatorio e protettivo. La corretta interpretazione dei risultati ci aiuta a comprendere meglio alcuni aspetti della malattia. Inoltre, potrebbe esserci utile anche per una corretta prevenzione che consista nel seguire una dieta particolarmente ricca in fibre, adeguatamente supplementata da integratori pre- e probiotici che possa favorire lo sviluppo dei batteri buoni a livello intestinale e rafforzare le difese immunitarie. Da questi risultati si evince ancora una volta il ruolo fondamentale che svolgono il microbiota e il microbioma intestinale nell’insorgenza di determinate patologie, le cause delle quali purtroppo non sono ancora ben note. Ulteriori studi dovranno essere eseguiti per cercare di modulare la produzione degli acidi grassi a corta catena, scongiurando così l’insorgere di questa tremenda patologia.