Un singolo cambiamento genetico nei batteri intestinali altera il metabolismo ospite

La ricerca fa un passo importante verso la comprensione di come il microbiota (insieme di batteri che vivono nel nostro corpo) influenzi il metabolismo. Sebbene sia noto che il microbiota influenza lo sviluppo di obesità e malattie metaboliche come il diabete, i meccanismi specifici con cui il microbioma influisce sul metabolismo sono più difficili da decifrare a causa della grande quantità e varietà di specie batteriche. Ogni specie produce infatti metaboliti specifici, il cui ruolo nell’interazione microbiota-organismo ospite risulta di difficile comprensione.  

In questo studio i ricercatori hanno utilizzato una specie di “bisturi genetico” per rimuovere un particolare gene dal microbioma e quindi hanno successivamente studiato gli effetti di questo cambiamento sul metabolismo dell’ospite. Dato il ruolo degli acidi biliari, e dato che  sembra che gli squilibri nel pool di acidi biliari contribuiscano all’obesità indotta dalla dieta, la scelta è caduta proprio sui geni che codificano per questo gruppo di sostanze. 

Questa immagine illustra la presenza di cellule E.coli (rosse) co-localizzate con il recettore della serotonina (evidenziate dalle frecce) nella mucosa del colon. DAPI è stato utilizzato per localizzare la colorazione nucleare epiteliale.

La questione di quali acidi biliari specifici causino questi effetti rimane poco chiara. Per rispondere a questa domanda, il team si è concentrato su una classe di enzimi batterici chiamati idrolasi dei sali biliari. “Ricerche precedenti hanno dimostrato che questi enzimi svolgono un ruolo importante nella regolazione del metabolismo dell’ospite, ma non in che modo” spiega Sloan Devlin, ricercatore presso il Dipartimento di chimica biologica e farmacologia molecolare presso la Harvard Medical School, USA. “Abbiamo adottato un nuovo approccio per comprendere il ruolo di questi enzimi controllando l’attività di una idrolasi selettiva del sale biliare nell’intestino del topo“. Dopo aver identificato una specie batterica con una idrolasi del sale biliare che metabolizza solo alcuni tipi di sali biliari, sono stati selezionati due ceppi batterici, uno in grado di produrre idrolasi e uno no, che poi sono stati introdotti in topi privi di germi. Questa strategia sperimentale ha permesso di dimostrare che i topi colonizzati con il ceppo idrolasi-deficiente avevano quantità molto più elevate di alcuni sali biliari non metabolizzati nel loro intestino.

I ricercatori hanno poi studiato gli effetti “a valle” dell’alterazione dei livelli di sali biliari specifici sul metabolismo del topo. I topi colonizzati con batteri privi dell’idrolasi hanno guadagnato meno peso rispetto ai topi colonizzati con i normali batteri. E’ stato anche scoperto che gli animali avevano livelli più bassi di grassi e colesterolo nel sangue e nel fegato rispetto a quelli con l’idrolasi e preferivano metabolizzare i grassi piuttosto che i carboidrati per produrre energia.

L’analisi genetica ha rivelato che oltre alle alterazioni correlate al metabolismo, c’erano anche cambiamenti nei geni che controllano il ritmo circadiano e la risposta immunitaria. Ciò suggerisce che le alterazioni degli acidi biliari causate dai batteri possono causare una gamma più ampia di cambiamenti nell’ospite.

“Il lavoro ha dimostrato che il microbioma nel suo complesso influenza il metabolismo“, conclude il professor Devlin. “Mostrando che l’eliminazione di un singolo gene provoca cambiamenti a valle nel metabolismo dell’ospite, possiamo identificare questo particolare gene come un potenziale bersaglio per lo sviluppo futuro di farmaci e fare un passo verso una più completa comprensione di come il microbioma influenzi il metabolismo”.

Alice Marcantonio

Fonte: Lina Yao, et al. A selective gut bacterial bile salt hydrolase alters host metabolismeLife, 2018; 7 DOI: 10.7554/eLife.37182

 

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