Come il nostro cibo potrebbe costarci il controllo sui batteri dell'intestino

Come il nostro cibo potrebbe costarci il controllo sui batteri dell'intestino
Image credit: Flickr

Gli scienziati hanno scoperto che gli ospiti affamano i loro abitanti microbici di nutrienti, costringendo essenzialmente i microbi nel nostro intestino a fare i nostri ordini.

Ognuno di noi è solo per metà umano. L'altra metà è microbica. Trilioni di virus, funghi, batteri e altri organismi microscopici ricoprono la nostra pelle e rivestono i nostri organi vitali. Dipendiamo da queste comunità microbiche per digerire il cibo, sintetizzare vitamine, rafforzare il sistema immunitario e persino mantenere la salute mentale.

Le nuove scoperte indicano che la dieta moderna e l'uso eccessivo di antibiotici potrebbero minare la nostra posizione di sovrani benevoli, mettendo le probabilità in favore dei microbi.

Paradiso nutritivo

"Sembra che ci sia un ordine gerarchico naturale per i batteri e noi", dice Lawrence A. David, assistente professore di genetica molecolare e microbiologia presso la Duke University School of Medicine. "In un certo senso non sorprende che noi, l'ospite, dovremmo tenere più carte".

Per grammo, ci sono più batteri residenti nell'intestino che in qualsiasi altro ecosistema nel mondo.

Tuttavia, David afferma che la visione prevalente del microbioma, in particolare nell'intestino, è di un paradiso ricco di sostanze nutritive "dove abbondano cibo e risorse, come la fabbrica di cioccolato di Willy Wonka". Per grammo, ci sono più batteri che risiedono nel intestino rispetto a qualsiasi altro ecosistema nel mondo.

Complessivamente, quei microbi intestinali pesano all'incirca tre libbre in un umano, circa quanto il fegato o il cervello. Quindi non sorprende che molti scienziati credano che questi microbi siano così abbondanti perché l'intestino è un ambiente eccezionalmente ospitale.

Ma di recente, alcuni ricercatori hanno messo in discussione questa teoria, incluso Aspen Reese, un dottorando nel laboratorio di David, che recentemente si è trasferito a diventare un ricercatore principale presso l'Università di Harvard.

Tutti i tipi di cacca

Come ecologista esperto, Reese ha capito che praticamente ogni altro ecosistema sul pianeta include membri che competono per le risorse. Perché l'intestino dovrebbe essere diverso? I nutrienti come l'azoto o il fosforo spesso costringono i batteri a correnti o laghi. Reese si chiese se l'azoto fosse una risorsa limitata nell'intestino.

Ha deciso di misurare i livelli di azoto nel microbioma intestinale. Poiché i microbi intestinali vivono nella cacca, ciò significava raccogliere campioni di feci. Con l'aiuto di colleghi, in particolare Rob Pringle della Princeton University, Reese è riuscito a procurarsi sgabello da oltre 30 diversi tipi di mammiferi, tra cui zebre selvagge, giraffe ed elefanti dal Kenya; pecore, bovini e cavalli domestici del New Jersey; e gli umani del North Carolina.

Ha macinato i campioni e contato il numero di atomi di azoto e carbonio disponibili per i microbi.

"I batteri sono organismi individuali, cercano solo di cavarsela - e c'è solo così tanto da mangiare".

Reese ha scoperto che i microbi nell'intestino umano avevano accesso a una media di un solo atomo di azoto per ogni dieci atomi di carbonio, mentre la maggior parte dei microbi viventi liberi gode di una dieta composta da un azoto a quattro carboni.

Per verificare che i livelli di azoto potessero effettivamente tenere sotto controllo il microbioma, Reese ha anche nutrito i topi con una dieta ricca di proteine, che naturalmente contengono molto azoto. Quando aumentò la quantità di proteine, il numero di batteri nell'intestino dei topi crebbe di dieci volte.

Sto solo cercando di cavarmela

Inoltre, quando iniettò azoto nel sangue dei topi, parte di quell'azoto finì nei batteri intestinali, suggerendo che l'ospite può secernere azoto attraverso le cellule che rivestono l'intestino per salvare i microbi dalla fame. I risultati appaiono in Natura Microbiologia.

"I nostri risultati supportano l'idea che abbiamo sviluppato un modo per tenere i nostri batteri al guinzaglio lasciandoli affamati di azoto", dice David. "Spiega anche perché la dieta occidentale potrebbe essere negativa per noi. Quando le persone mangiano troppe proteine, inondano la capacità dell'ospite di assorbire quell'azoto nell'intestino tenue, e più di esso finisce per farsi strada nell'intestino crasso, eliminando la nostra capacità di controllare le nostre comunità microbiche ".

La situazione è analoga a quella che gli ecologi chiamano eutrofizzazione, un fenomeno causato quando il fertilizzante defluisce in stagni o laghi, aumentando le concentrazioni di azoto o fosforo dell'acqua e stimolando la crescita eccessiva di alghe o fioriture di alghe.

"Potrebbe essere più facile immaginare che l'intestino sia meno" rosso in dente e artiglio "rispetto ad altre parti della natura, perché il microbiota può essere così benefico per gli esseri umani", dice Reese, che è un giovane della Harvard Society of Fellows . "Ma i batteri sono organismi individuali, cercano solo di cavarsela - e c'è solo così tanto da mangiare".

Qual è il numero giusto?

Se la teoria sostiene che gli ospiti umani stanno perdendo il controllo dei nostri sottoposti microbici, potrebbe sembrare che usare gli antibiotici per spazzare via intere popolazioni di microbi sarebbe un ottimo modo per mostrare loro chi è il capo. Ma un altro studio di Reese e David indica che la tattica sarebbe mal consigliata.

Il team ha somministrato ai topi 10 un trattamento di cinque giorni di antibiotici orali e ha analizzato i loro campioni di feci ogni giorno. Le loro scoperte, pubblicate nel mese di giugno a eLife, ha dimostrato che molte delle fonti di energia su cui i microbi fanno affidamento - come i nitrati chimici o il solfato - hanno cominciato ad accumularsi quando i microbi si sono esauriti.

"Non abbiamo davvero la sensazione di quale sia il numero" giusto "di batteri nell'intestino. Certamente lo zero è troppo poco e essere pieno di soli batteri sarebbe troppi ".

Poco dopo la fine dell'antibiotico, l'ambiente chimico nell'intestino dei topi ritornò allo status quo ei microbi ricominciarono a prosperare.

"Non abbiamo davvero la sensazione di quale sia il" giusto "numero di batteri da avere nell'intestino", dice Reese. "Certamente lo zero è troppo poco e essere pieno di soli batteri sarebbe troppi".

David aggiunge un avvertimento che molte delle oltre mille specie di batteri intestinali che vengono spazzati via dagli antibiotici probabilmente non torneranno mai indietro. Nei loro esperimenti, la sua squadra ha scoperto che l'unico modo in cui quei microbi riuscivano a ritrovare la loro strada nelle pance dei topi era lasciare che i topi facessero quello che normalmente fanno, che è mangiare le feci degli altri. "Probabilmente la gente non vorrà farlo", dice.

Molti studi hanno dimostrato che dopo il trattamento antibiotico, i microbiomi delle persone possono essere modificati per mesi, se non per anni. Tale alterazione può creare un terreno fertile favorevole per i patogeni.

"Normalmente, i patogeni avranno difficoltà a colonizzare l'intestino", dice David. "Ci sono migliaia di miliardi di altri batteri che devono battere per sopravvivere. Ma se improvvisamente togliamo la competizione microbica per le risorse, perdiamo il controllo e i batteri cattivi che causano malattie sgradevoli come C. difficile la colite ha un percorso più chiaro. "

David e il suo team stanno studiando come le nostre scelte alimentari, tra cui prebiotici e probiotici, possono mantenere la nostra relazione con il nostro microbioma e, in definitiva, con la nostra salute.

"Oltre alla storia evolutiva, i nostri corpi hanno avuto la possibilità di capire tutto questo e costruire sistemi per tenere sotto controllo il microbiota", dice Reese. "Ma come ricercatori che vivono nell'era moderna, penso che stiamo ancora cercando di capire quale sia il giusto valore intermedio e come mantenerci lì".

La National Science Foundation, la Hartwell Foundation, la Alfred P. Sloan Foundation, il Searle Scholars Program, il European Research Council e l'Austrian Science Fund hanno sostenuto il lavoro.

Fonte: Duke University

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