La biogeografia del microbiota umano

Il nostro intestino è colonizzato da circa un chilo di batteri, diversi fra loro e che si distribuiscono in diverse zone del tratto intestinale a seconda del proprio ruolo o del proprio habitat.

Origine del microbiota umano

La diversità del microbiota dipende da differenti fattori, sia endogeni che esogeni. Questo origina durante la nascita dal contatto con il microbiota vaginale della madre, poi in seguito ai cambiamenti della dieta, del sistema immunitario, dell’esposizione ad agenti chimici la composizione del microbiota varia. La dieta rimane il motivo di variazione più importante e lo si capisce fin da prima lo svezzamento, poiché il latte materno gioca un ruolo cruciale nel modellarne la composizione; gli oligosaccaridi del latte, infatti, possono essere usati dai microrganismi come fonti di carbonio, ad esempio da diverse specie di Bacteroides. Nel tempo il microbiota continuerà a modificarsi, fino a giungere alla dominanza dei Bacteroides e Firmicutes come nel microbiota intestinale dell’adulto. È importante sottolineare che questo ecosistema è diverso da quello di qualsiasi altro animale ed indica, dunque, che la coevoluzione dell’ospite con i suoi simbionti microbici intestinali (commensali e mutualisti) ha generato potenti meccanismi selettivi.

Distribuzione del microbiota nel tratto intestinale

L’intestino dei mammiferi contiene una varietà di distinti habitat microbici lungo il tratto del tenue e quello del crasso. Le variazioni fisiologiche sono dovute ai differenti gradienti chimici, ai nutrienti ed all’attività immunitaria, noti per influenzare la composizione della comunità batterica.

All’interno del lume dell’intestino tenue l’ambiente è più acido e presenta livelli più elevati di ossigeno e di antimicrobici rispetto al colon, perciò, la comunità microbica è dominata da anaerobi facoltativi a rapida crescita che tollerano gli effetti combinati degli acidi biliari e degli antimicrobici, mentre competono efficacemente con i carboidrati semplici disponibili in questa regione del tratto gastrointestinale. Gli acidi biliari, secreti attraverso il dotto biliare all’estremità prossimale dell’intestino tenue, sono battericidi per alcune specie, a causa delle loro proprietà tensioattive, e sono noti per modellare in modo ampio la composizione del microbiota, specialmente nell’intestino tenue.

Inoltre, il tempo di transito è più breve nell’intestino tenue rispetto al colon e questo è un fattore importante per la colonizzazione selettiva, infatti, qui dominano i Lactobacillaceae e gli Enterobacteriaceae, mentre solo all’estremità distale dell’intestino tenue (nell’ileo terminale) le densità batteriche raggiungono livelli di saturazione simili a quelli riscontrati nell’intestino crasso.

Nel cieco e nel colon, invece, le comunità microbiche sono più dense e diversificate; qui, i microrganismi sono responsabili della rottura di polisaccaridi che non vengono metabolizzati durante il transito nell’intestino tenue. Le concentrazioni inferiori di antimicrobici, i tempi di transito più lenti e la mancanza di fonti di carbonio semplici disponibili in questo tratto, facilitano la crescita di anaerobi degradanti polisaccaridi fermentativi, in particolare il colon è caratterizzato dalla presenza di Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae e Ruminococcaceae.

Figura 1. Distribuzione delle specie batteriche lungo l’intestino tenue e crasso

L’intestino è costituito anche da cellule epiteliali specializzate chiamate cellule caliciformi, che secernono uno strato di muco di spessore variabile e che copre parzialmente o completamente l’epitelio a seconda della regione. L’intestino tenue ospita un singolo strato di muco aderente alla parete, mentre nel colon, il muco è organizzato in due strati distinti: uno strato esterno ed uno interno. La superficie dell’intestino tenue è modellata in villi e cripte ed è colonizzata da alcune specie batteriche aderenti, compresi i batteri filamentosi segmentati (SFB), Lactobacillaceae ed Helicobacter spp.; nel colon, invece, lo strato esterno è colonizzato da batteri che degradano la mucina come i Bacteroides acidifaciens , Bacteroides fragilis, Bifidobacteriaceae e gli Akkermansia muciniphila, mentre lo strato interno e le cripte sono colonizzati da una comunità più ristretta che comprende Bacteroides fragilis e Acinetobacter spp.

 

Figura 2. Distribuzione dei microrganismi all’interno degli strati del muco

Come si spiega questa distribuzione?

A contribuire alla localizzazione dei diversi microrganismi è il metabolismo batterico. Infatti, poiché gli acidi grassi e i carboidrati semplici che si ingeriscono vengono assorbiti e digeriti durante il transito nell’intestino tenue, l’ecosistema batterico del colon richiede la presenza di microrganismi in grado di fermentare polisaccaridi complessi, le principali fonti di carbonio che raggiungono il colon. I batteri più studiati al riguardo sono quelli appartenenti alla specie Bacteroides, che sono in grado di catabolizzare i polisaccaridi derivati ​​dalla dieta.

Questi polisaccaridi controllano anche la composizione della comunità microbica nel lume del colon, ma oltre a ciò, i microrganismi appartenenti all’intestino crasso devono avere la capacità di degradare il muco. Un esempio è quello di A. muciniphila, uno dei più efficaci degradatori della mucina costantemente presente nello strato di muco nell’uomo. Il consumo di glicani del muco come fonte di carbonio e di energia consente ad A. muciniphila e ad altri degradanti della mucina di colonizzare l’intestino indipendentemente dalla dieta dell’uomo, fornendo un chiaro vantaggio ai batteri durante le condizioni di deprivazione dei nutrienti.

Le riserve batteriche nascoste

Esistono, inoltre, nicchie specifiche come le cripte, lo strato di muco interno e l’appendice, che possono essere cruciali per facilitare l’omeostasi immunitaria, per proteggere il microbiota e per ripopolare l’intestino in seguito a perturbazioni che alterano la struttura della comunità batterica o che riducono alcune specie. Come illustrato nell’immagine sotto, un sottoinsieme di batteri è in grado di penetrare nello strato di muco interno ed entrare negli spazi delle cripte; nonostante le sfide ambientali, come le alterazioni della dieta, le anomalie della motilità gastrointestinale ed il consumo di antibiotici modificano in modo massiccio il lume, l’ambiente mucoso è stabile e le cripte proteggono importanti specie batteriche; infatti le cripte e le mucose servono come serbatoi per ripopolare il lume.

Figura 3. Microhabitat intestinali come serbatoi di diversità batterica

Conclusioni

Affinché l’intestino possa mantenersi in buona salute, è importante mantenere in equilibrio questo ecosistema, chiamato anche “biogeografia” del microbiota, in quanto un’alterazione dello stesso causa disbiosi, una condizione associata a differenti patologie di tipo infiammatorio intestinale, ma anche a patologie riguardanti altri distretti. Perciò sarebbe buona prassi alimentarsi bene, eliminare i cibi che danneggiano ed alterano il microbiota intestinale (zuccheri, farine raffinate, alta concentrazione di sale), limitare l’uso di antibiotici e, se proprio necessari, accompagnarli sempre con integratori di probiotici. Garantendo la varietà e l’equilibrio del microbiota ne trarremo beneficio anche a livello fisico.

Rosanna Grosso

Fonti bibliografiche:
  • Donaldson GP et al. Gut biogeography of the bacterial microbiota. Nat Rev Microbiol. 2016 Jan; 14(1): 20–32.

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.

Informazioni su Rosanna Grosso 14 Articoli
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