Cosa succede nel tuo intestino alle proteine che mangi?

Cosa succede al cibo che mangi, soprattutto alle proteine, quando arrivano nell’intestino? Queste subiscono la fermentazione da parte dei batteri del microbiota intestinale che genera diversi metaboliti. Quali sono e qual è il loro ruolo? La review che vi propongo ha ripreso sia studi recenti che precedenti suggerendo un ruolo importante della fermentazione proteica, in grado di alterare la fisiologia e di generare patologie infiammatorie e metaboliche, ma anche di migliorare la funzione della barriera intestinale, come nel caso del triptofano. Leggi l’articolo per saperne di più.

Fermentazione batterica di proteine nell’intestino

Ormai siete a conoscenza di cosa sia il microbiota, ovvero l’insieme dei microrganismi presenti nel nostro intestino, in grado di svolgere numerose funzioni, tra le quali anche la fermentazione delle proteine. In seguito a queste reazioni si generano dei metaboliti sia dannosi che benefici per il nostro organismo; ad esempio, fra i più importanti menzioniamo gli acidi grassi a catena corta (SCFA) che si formano tramite la fermentazione di carboidrati da parte dei batteri intestinali, in grado di svolgere effetti nutritivi ed energetici per gli stessi. Ma cosa succede, invece, quando si mangia un cibo contenente proteine?

Figura 1. Rappresentazione schematica della digestione e della fermentazione proteica nell’intestino tenue (in alto) e crasso (in basso)

Quando si ingeriscono delle proteine tramite la dieta, queste vengono digerite grazie agli enzimi secreti dal pancreas, che le suddivide in unità sempre più piccole, prima in peptidi e poi in amminoacidi per poi essere assorbiti; nonostante l’efficienza della digestione e dell’assorbimento dell’organismo, alcuni composti contenenti azoto giungono nell’intestino crasso e qui vengono metabolizzati dal microbiota, a causa sia della scarsità di enzimi presenti, sia dell’assunzione eccessiva di proteine​.

Perché i batteri fermentano le proteine? Sia per utilizzarle come fonte di energia, sia per la formazione di composti strutturali degli stessi batteri; ciò che accade, però, è anche la formazione di composti bioattivi che possono interferire con la normale funzionalità dell’organismo. Tutto dipende da fattori ecologici e dietetici che influenzano le quantità di proteine fermentate dai batteri, come vedremo in seguito.

Chi si occupa della fermentazione e come?

Le proteine che sfuggono alla digestione enzimatica nell’intestino tenue possono essere idrolizzate dai batteri che usano proteasi extracellulari e peptidasi con conseguente formazione di amminoacidi e peptidi liberi, che possono poi essere assorbiti. Gli amminoacidi, però, possono anche subire una reazione chimica definita deaminazione, che rimuove il gruppo amminico dall’amminoacido generando ammoniaca e chetoacidi; l’ammoniaca può essere utilizzata come fonte di azoto per la nuova sintesi proteica oppure può essere escreta, mentre i chetoacidi subiscono la reazione di decarbossilazione e possono essere utilizzati per generare acidi grassi a catena corta (SCFA) tra cui butirrato, acetato, propionato, lattato, succinato e formiato.

Un esempio di SCFA derivante da fermentazione proteica è il butirrato, che viene prodotto attraverso il catabolismo del glutammato e della lisina da parte di specie batteriche come anche il Fusobacterium spp potenzialmente dannoso. Gli acidi grassi a catena ramificata (BCFA) sono indicatori affidabili della fermentazione proteica, poiché vengono prodotti esclusivamente attraverso la fermentazione di aminoacidi a catena ramificata. Questa aumenta entro 24 ore dall’ingestione di una dieta ricca di proteine, dimostrando quanto rapidamente le proteine ​​alimentari possano alterare il pool di metaboliti dell’ospite; infatti, le diete iperproteiche modificano anche il contenuto di BCFA, aumentando la produzione cumulativa di isovalerato, che costituisce una piccola percentuale del pool di BCFA in condizioni normali.

Altri composti che derivano dalla fermentazione delle proteine alimentari sono le poliammine, che svolgono un ruolo importante nella fisiologia delle cellule della mucosa dell’intestino tenue e nello sviluppo del sistema immunitario; queste sono prodotte da specie quali Bifidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Escherichia e Klebsiella, poiché questi le utilizzanonella sintesi dell’RNA, come componenti strutturali delle membrane cellulari o del peptidoglicano e per proteggersi dai danni causati da specie reattive dell’ossigeno o da ambienti acidi.

Anche la fermentazione degli amminoacidi aromatici può essere particolarmente importante dal punto di vista biologico, in quanto ciò genera un’ampia gamma di prodotti finali bioattivi come fenolo e p-cresolo (tirosina) o indolo e scatolo (triptofano) e si ritiene che le reazioni di metabolismo degli amminoacidi aromatici siano principalmente eseguite da Enterobacter e Escherichia spp.

Conseguenze della fermentazione proteica e funzione dei metaboliti

Nonostante l’elevata presenza di enzimi digestivi, il veloce tempo di transito e l’alto grado di assorbimento di peptidi ed amminoacidi nell’intestino tenue, l’evidenza degli studi suggerisce che la fermentazione inizia proprio a questo livello; ciò perché si verifica un cambiamento nel microbiota ileale in seguito all’ingestione di più o meno proteine nella dieta.

Rispetto ad una dieta ricca di proteine, consumare un’adeguata quantità delle stesse diminuisce i clostridi e le ammine biogene nell’ileo, mentre aumenta le proteine ​​di giunzione strette claudina e occludina (quindi previene l’aumento della permeabilità intestinale, definita anche leaky gut); ciò contraddice altri studi che, invece, mostrano un effetto benefico delle ammine sulla funzione intestinale e suggerisce che potrebbe esserci un effetto soglia oltre il quale la produzione di ammine è dannosa per la funzione della barriera intestinale.

Le poliammine sono prontamente assorbite dal lume intestinale e sono importanti regolatori del metabolismo cellulare, della crescita e della proliferazione; tuttavia, a concentrazioni elevate è stato dimostrato che le ammine causano infiammazione e spargimento epiteliale della mucosa gastrointestinale.

La treonina, infine, è anche altamente ossidata dalla Klebsiella spp. e da Escherichia coli. Questo suggerisce che in condizioni patologiche dove E. coli o Klebsiella sono molto abbondanti nell’intestino, gli amminoacidi della dieta possono diventare meno disponibili per l’assorbimento, mentre i sottoprodotti della fermentazione proteica possono contribuire alla patologia della malattia attraverso l’aumento dell’infiammazione.

Effetti della dieta nella fermentazione proteica

I fattori che regolano la fermentazione delle proteine sono soprattutto dietetici; infatti, le diete ad alto contenuto proteico causano rapidi cambiamenti nel microbiota e nei metaboliti che i batteri producono. Ma non solo l’assunzione di proteine ​​deve essere presa in considerazione, anche il basso apporto di fibre alimentari nella maggior parte delle diete occidentali può complicare le cose. L’assunzione di carboidrati a bassa fermentazione comporta, infatti, una bassa disponibilità di substrati per i batteri e, a loro volta, un pH più alto e più alta possibilità che vengano fermentate le proteine. Si dovrebbe, invece, assumere una quantità di proteine adeguate, come definite dai LARN, aumentando il consumo di fibre insolubili e, quindi, di alimenti integrali in grado di “distrarre” i batteri che si occupano della fermentazione proteica.

Figura 2: Inibizione dell’infiammazione in seguito all’equilibrio tra fibre insolubili e proteine nella dieta

Come potrete notare dall’immagine, infatti, la fermentazione proteolitica abbondante genera una moltitudine di composti che possono causare l’infiammazione e la proliferazione dei colonociti e, a sua volta, il cancro del colon-retto. L’aumento della fermentazione delle fibre e della produzione di acidi grassi a catena corta, invece, sembra essere protettivo contro lo sviluppo dei polipi colorettale, anche quando i prodotti di fermentazione proteica sono abbondanti.

Altre alterazioni dimostrate dagli studi riguardano il microbiota; infatti, negli atleti è stato dimostrato che gli integratori proteici alterano la composizione del microbiota, aumentando l’abbondanza di Bacteroidetes mentre diminuiscono Rosburia, Blautia e Bifidobacterium.

Inoltre, le diete ad alto contenuto di caseine (tipo di proteine presenti nei latticini) causano un aumento della densità del microbiota e una diminuzione della diversità microbica. Questo cambiamento nel microbiota determina un aumento della gravità dell’infiammazione intestinale.


Figura 3. Esempio di dieta ad alto contenuto di caseine ed effetti sulla mucosa intestinale

Inoltre, le proteine altamente fermentabili aumentano l’espressione di citochine infiammatorie nella mucosa intestinale, anche se il microbiota è in equilibrio. Questi effetti dannosi della fermentazione proteica sono in conflitto con altri studi, che invece dimostrano come l’indolo derivato dalla deaminazione del triptofano diminuisca l’infiammazione epiteliale intestinale e migliori la funzione di barriera attraverso giunzioni strette.

Altri effetti benefici sono spiegati da studi che dimostrano come i metaboliti degli amminoacidi aromatici siano in grado di legare il recettore arilidrocarburico (AhR), un importante fattore di trascrizione implicato nella regolazione ormonale, nella segnalazione di citochine e, a differenza dell’ammoniaca libera o del p-cresolo, possono ridurre lo sviluppo del cancro. L’Indolo, in particolare, può avere effetti importanti sul sistema nervoso e può migliorare le malattie dello sviluppo neurologico o psichiatriche. Infine, questi composti hanno anche dimostrato di essere protettivi in caso di sclerosi multipla, dimostrando ulteriormente l’importanza nel collegare il microbiota intestinale con il sistema nervoso centrale.

Per concludere, mangiando un’adeguata quantità di proteine, accompagnate da carboidrati integrali, non si dovrebbero presentare alterazioni del microbiota e, di conseguenza, neanche la formazione di metaboliti pericolosi per il nostro organismo.

Rosanna Grosso

Fonte bibliografica:

  • Natalie E. Diether and Benjamin P. Willing. Microbial Fermentation of Dietary Protein: An Important Factor in Diet–Microbe–Host Interaction. Microorganisms 2019, 7(1), 19.

Informazioni su Rosanna Grosso 18 Articoli
Laureata in scienze della nutrizione magistrale, abilitata alla professione di biologo nutrizionista. Appassionata di biologia, microbiologia, fisiopatologia ed affascinata dallo studio del microbioma, primo punto sul quale intervenire per la prevenzione di patologie metaboliche.

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