Il progesterone promuove la crescita di bifidobatterio in gravidanza

Bifidobacterium gravidanza

Effetti del progesterone

La gestazione è accompagnata da alterazioni del repertorio microbico; tuttavia, i meccanismi alla base di questi cambiamenti sono sconosciuti. Si manifesta un drammatico cambiamento nella composizione microbica intestinale di donne e topi durante la gravidanza avanzata, incluso un aumento dell’abbondanza relativa di Bifidobacterium. E’ stato scoperto che il progesterone, il principale ormone di gestazione, colpisce la comunità microbica in modi molto particolari.

Gravidanza e alterazioni del microbiota

La gravidanza è accompagnata da alterazioni dei profili microbici orale, cutaneo, vaginale e intestinale. Tra questi, gli effetti più drastici sono associati al microbiota intestinale, che subisce cambiamenti che assomigliano parzialmente a quelli osservati nella sindrome metabolica. Questi cambiamenti comprendono un aumento dell’abbondanza di proteobatteri, attinobatteri e agenti patogeni opportunistici e una diminuzione dei produttori di acidi grassi a catena corta e della ricchezza delle specie, tutte presenti nel corso della gravidanza.

Alcune delle caratteristiche della gravidanza, ad esempio l’aumento di peso e infiammazione di basso grado, erano trasferibili in topi privi di germi (GF) in seguito a trapianti fecali di donne in gravidanza, indicando un ruolo causale del microbiota intestinale in alcuni fenotipi della gravidanza. I livelli di progesterone aumentano notevolmente durante la gravidanza e questo svolge un ruolo cruciale nella regolazione e nel mantenimento della gestazione.

Sebbene alcuni collegamenti tra il sistema endocrino e il microbiota siano stati abbondantemente descritti, la comprensione delle interazioni precise tra il sistema endocrino e il microbiota è ancora limitata. Il progesterone modula la composizione microbica intestinale associata alla gravidanza, compreso un aumento dell’abbondanza relativa di Bifidobacterium. In tal modo, il progesterone regola la composizione microbica durante la gravidanza in un modo che possa facilitare sia la madre incinta che forse anche la trasmissione appropriata di specie benefiche al neonato.

Il microbiota associato alla gravidanza di donne e topi è arricchito con bifidobatterio

E’ stato dimostrato sequenziando la regione V2 del gene 16S rRNA che il microbiota intestinale cambia durante la gestazione nelle donne. I ricercatori sono stati in grado di osservare un arricchimento significativo dei generi come NeisseriaBlautiaCollinsella e Bifidobacterium mentre la gravidanza progrediva. Hanno anche osservato una diminuzione dei livelli di ClostridiumDehalobacterium e Bacteroidales.

Figura 1 – Il microbiota intestinale delle donne in gravidanza cambia durante la gravidanza

Per studiare i meccanismi alla base dell’interazione tra gravidanza e microbiota, è stato successivamente utilizzato un modello murino. Come previsto, con il progredire della gravidanza, topi femmine gravide hanno guadagnato peso rispetto alle loro controparti di controllo e sono stati osservati cambiamenti dinamici nella diversità della composizione microbica intestinale al giorno embrionale 18 (E18) di gravidanza. Come si è osservato, i livelli del genere Bifidobacterium erano significativamente elevati. Questi risultati dimostrano che il bifidobatterio risponde alle condizioni tardive della gravidanza nei topi come nelle donne.

Figura 2 – La gravidanza nei topi è accompagnata da cambiamenti nel microbiota intestinale

Il progesterone arricchisce la presenza di bifidobatterio in vivo

Per esplorare il potenziale contributo del progesterone ai cambiamenti osservati nelle composizioni microbiche intestinali durante la gravidanza, i ricercatori hanno impiantato il progesterone per via sottocutanea e pellet di placebo, per 21 giorni nei topi femmine. Il trattamento con progesterone ha aumentato con successo i livelli sierici di progesterone rispetto al trattamento con placebo, misurati nei giorni 11 e 21.

L’analisi microbica mediante sequenziamento del gene rRNA 16S di campioni di feci da topi trattati con progesterone rispetto a placebo ha rivelato composizioni microbiche distinte. La caratterizzazione della dimensione dell’effetto di analisi discriminante lineare (LEfSe) del microbiota il giorno 18 ha rivelato che l’abbondanza relativa di Archaea era significativamente elevata nel gruppo trattato con progesterone rispetto al placebo a causa di una maggiore abbondanza di Methanobrevibacter.

Ulteriori generi più abbondanti nel gruppo trattato con progesterone includevano: Lachnospira e Clostridiaceae. Più significativamente, l’integrazione di progesterone ha portato ad un aumento dell’abbondanza relativa di bifidobattrio. Per capire quali cambiamenti batterici erano probabilmente dovuti al progesterone, si è confrontato il microbiota dei topi in gravidanza con quello dei topi trattati con progesterone e placebo. Si è cercato batteri che aumentavano nei primi due gruppi e diminuivano nel gruppo placebo. Una mappa di calore che confronta l’abbondanza relativa di alterazioni microbiche ha dimostrato Turicibacter, Anaeroplasma e Bifidobacterium come batteri che sono probabilmente influenzati dall’aumento dei livelli di progesterone.

Insieme, questi risultati suggeriscono fortemente che alcune delle alterazioni microbiche associate alla gravidanza, come un aumento dell’abbondanza relativa di bifidobatterio, sono mediate dal progesterone.

Figura 3 – Progesterone Altera la composizione batterica nei topi

Il progesterone aumenta direttamente l’abbondanza relativa di bifidobatterio in vitro

Per valutare un potenziale effetto diretto del progesterone sul microbiota, si è condotto un esperimento in vitro in cui il progesterone o la PBS (controllo) sono stati aggiunti alla sospensione fecale di un topo femmina e incubati a 37 °C in condizioni anaerobiche per 11 giorni.

Effetti drammatici sulla composizione del microbiota, misurati con UniFrac non ponderato, sono stati osservati nelle colture coltivate con progesterone. La composizione microbica dopo il trattamento con progesterone era significativamente meno diversificata rispetto a quella del controllo. Alcuni dei generi che sono aumentati durante il trattamento con progesterone erano: Coprococcus, FaecalibacteriumBacteroides , Ruminococcus , Veillonella , Sutterella e Lactobacillus. Di interesse specifico, il trattamento con progesterone ha aumentato notevolmente l’abbondanza relativa di Bifidobacterium.

Figura 4 – Progesterone aumenta l’abbondanza relativa del genere bifidobacterium

Progesterone in gravidanza: conclusione

Il passaggio di bifidobatteri dalla madre al bambino ci può spiegare l’importanza di alti livelli di questo genere durante la gravidanza avanzata; oltre alla sua capacità di degradare gli HMO, i bifidobatteri hanno anche un ruolo importante nella maturazione del sistema immunitario nel primo periodo di vita, poiché studi hanno dimostrato che livelli ridotti di bifidobatteri nei neonati sono collegati a stati di patologie. Si ipotizza, pertanto, che l’elevata presenza del bifidobatterio durante la gravidanza avanzata possa non solo essere utile per la gravidanza, ma potrebbe anche riflettere un processo evolutivo di preparazione per la nascita e l’allattamento.

Quali potrebbero essere i meccanismi alla base della crescita selettiva di Bifidobacterium in presenza di progesterone sia in vivo che in vitro? Un’opzione potrebbe essere dovuta alla presenza dell’enzima idrossisteroide deidrogenasi (HSD), che è coinvolto nel metabolismo degli steroidi ed è abbondante nei membri del phylum Actinobacteria, in particolare nei bifidobatteri .

Riferimenti

  • A metagenomic approach to characterization of the vaginal microbiome signature in pregnancy.PLoS One. 2012; 7: e36466 View in Article 
  • Basic local alignment search tool.J. Mol. Biol. 1990; 215: 403-410 View in Article 
  • Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life.Cell Host Microbe. 2015; 17: 690-703 View in Article 
  • QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data.Nat. Methods. 2010; 7: 335-336 View in Article 
  • Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms. ISME J. 2012; 6: 1621-1624 View in Article 
  • Gut microbiome of mothers delivering prematurely shows reduced diversity and lower relative abundance of Bifidobacterium and Streptococcus.PLoS One. 2017; 12: e018433
  • Greengenes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB. Appl. Environ. Microbiol. 2006; 72: 5069-5072 View in Article 
  • Temporal and spatial variation of the human microbiota during pregnancy.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112: 11060-11065 View in Article 
  • Changes in intestinal gene expression and microbiota composition during late pregnancy are mouse strain dependent. Sci Rep. 2018; 8: 10001 View in Article 
  • Discrete False-Discovery Rate Improves Identification of Differentially Abundant Microbes.mSystems. 2017; 2: e00092-17 View in Article 
  • Effect of yoghurt containing Bifidobacterium lactis Bb12® on faecal excretion of secretory immunoglobulin A and human beta-defensin 2 in healthy adult volunteers.Nutr. J. 2011; 10: 138 View in Article 
  • Ensembl Genomes 2018: an integrated omics infrastructure for non-vertebrate species.Nucleic Acids Res. 2018; 46: D802-D808 View in Article 
  • Metagenomic Analysis of Antibiotic-Induced Changes in Gut Microbiota in a Pregnant Rat Model View in Article 
  • Sterilized bifidobacteria suppressed fat accumulation and blood glucose level.Biochem. Biophys. Res. Commun. 2018; 501: 1041-1047 View in Article 
  • The anti-diabetic activity of Bifidobacterium lactis HY8101 in vitro and in vivo. J. Appl. Microbiol. 2014; 117: 834-84 View in Article 
  • Hydroxysteroid dehydrogenases (HSDs) in bacteria: a bioinformatic perspective. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2012; 129: 31-46 View in Article 
  • Antiobesity effects of Bifidobacterium breve strain B-3 supplementation in a mouse model with high-fat diet-induced obesity.Biosci. Biotechnol. Biochem. 2010; 74: 1656-1661 View in Article 
  • Host remodeling of the gut microbiome and metabolic changes during pregnancy.Cell. 2012; 150: 470-480 View in Article 
  • Effects of estradiol and progesterone on Bacteroides melaninogenicus and Bacteroides gingivalis. Infect. Immun. 1982; 35: 256-263 View in Article 
  • Hormones in pregnancy. Niger. Med. J. 2012; 53: 179-183 View in Article 
  • Oral administration of Bifidobacterium spp. improves insulin resistance, induces adiponectin, and prevents inflammatory adipokine expressions. Biomed. Res. 2014; 35: 303-310 View in Article 
  • UniFrac: a new phylogenetic method for comparing microbial communities. Appl. Environ. Microbiol. 2005; 71: 8228-823 View in Article 
  • Transmission of intestinal Bifidobacterium longum subsp. longum strains from mother to infant, determined by multilocus sequencing typing and amplified fragment length polymorphism. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77: 6788-679 View in Article 
  • Roles of estrogen and progesterone in human parturition.
  • Front. Horm. Res. 2001; 27: 86-10 View in Article 
  • Microbial endocrinology: the interplay between the microbiota and the endocrine system. FEMS Microbiol. Rev. 2015; 39: 509-521  View in Article 
  • Microbial Changes during Pregnancy, Birth, and Infancy. Front. Microbiol. 2016; 7: 1031 View in Article 
  • Hormone-dependent bacterial growth, persistence and biofilm formation–a pilot study investigating human follicular fluid collected during IVF cycles. PLoS One. 2012; 7: e49965 View in Article 
  • How holobionts get sick-toward a unifying scheme of disease. Microbiome. 2017; 5: 64 View in Article 
  • Bifidobacteria and Their Molecular Communication with the Immune System. Front. Microbiol. 2017; 8: 2345 View in Article 
  • Metagenomic biomarker discovery and explanation. Genome Biol. 2011; 12: R60 View in Article 
  • Improved detection of bifidobacteria with optimised 16S rRNA-gene based pyrosequencing. PLoS One. 2012; 7: e32543 View in Article 
  • Bifidobacterium bifidum PRL2010 modulates the host innate immune response. Appl. Environ. Microbiol. 2014; 80: 730-74 View in Article 
  • Bifidobacteria and the infant gut: an example of co-evolution and natural selection. Cell. Mol. Life Sci. 2017; 75: 103-108 View in Article 
  • The function of immunoglobulin A in immunity. J. Pathol. 2006; 208: 270-282 View in Article 
  • Calour: an Interactive, Microbe-Centric Analysis Tool. mSystems. 2019; 4: 4 View in Article 
  • Informazioni sull’articolo originale DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.03.075

Informazioni su DIANA YEDID - Amministratore Unico DyD Medicina Integrativa - Ricercatrice Indipendente Gut Microbiome, Autrice del libro "MICROBIOME MON AMOUR", Ideatrice e Fondatrice del metodo PNA Procreazione Naturalmente Assistita. Milano (Italy) 5 Articoli
Diana Yedid attualmente si occupa di studio e ricerca sul microbiota intestinale per la salute, con la sua società DyD Medicina Integrativa. Svolge attività di ricerca in psicologia del counselling, studi clinici in ostetricia, ginecologia e uro-andrologia. Il suo progetto principale è "DyD GUT MICROBIOTA SCIENCE®" https://www.researchgate.net/project/DyD-GUT-MICROBIOTA-SCIENCER

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