Bifidobacterium asteroides: un probiotico delle api ?

Un Bifidobatterio antico: Bifidobacterium asteroides

Sebbene i bifidobatteri siano commensali dell’intestino dei mammiferi, alcune specie sono state isolate anche dall’intestino di invertebrati come gli insetti. Dallo studio del microbiota dell’intestino degli insetti sociali (api mellifere, vespe e bombi), Bifidobacterium asteroides è risultata la specie di Bifidobacterium isolata più frequentemente. Questi e altri risultati supportano l’idea che i membri di questo genere godano di un’ampia distribuzione in una grande varietà di ospiti. Tra questi ci sono animali che allevano la loro prole tramite cure parentali, come mammiferi, uccelli e insetti sociali. Potrebbe quindi essere che tale distribuzione ecologica derivi dalla trasmissione verticale delle cellule bifidobatteriche dal genitore o tutore alla prole.

Il tratto intestinale degli insetti sociali è esternamente anaerobico, quindi rappresenta una nicchia ecologica elettiva per il genere Bifidobacterium. La presenza di ossigeno, infatti, è deleteria e in generale ostacola la crescita di questo genere.

All’interno del genere Bifidobacterium solo poche specie, come B. animalis subsp. lactis e B. psychraerophilum, tollerano l’ossigeno. Tuttavia, lo fanno a un livello inferiore rispetto a quello osservato per B. asteroides. Infatti, la crescita di B. animalis subsp. lactis e B. psychraerophilum si arresta a livelli atmosferici (~20%) di ossigeno. Questo livello, invece, consente comunque la crescita di B. asteroides.

Dal sequenziamento del genoma di B. asteroides sono emersi tratti metabolici previsti che supportano il primo caso segnalato di respirazione all’interno del genere Bifidobacterium.

Perché Bifidobacterium asteroides diverge dagli altri: analisi filogenetica

Per per evidenziare la distanza evolutiva di B. asteroides all’interno del genere Bifidobacterium , è stato fatto un clonfronto del genoma fra i vari tayp strai esistenti e anche con Gardnerella vaginalis , che è un membro strettamente correlato della famiglia Bifidobacteriaceae , l’albero filogenetico risultate (figura 1 panello c e d), ha rivelato una chiara divisione evolutiva di B. asteroides da un cluster filogenetico distinto che consiste negli altri genomi bifidobatterici attualmente disponibili.

Questa apparente antica diversificazione evolutiva del genoma di B. asteroides è corroborata dalla bassa abbondanza di prodotti genici codificati con elevata similarità alle proteine codificate dai genomi bifidobatterici attualmente disponibili: delle 1686 proteine previste presumibilmente specificate da B. asteroides , solo 12 condividono >90% di identità di aminoacidi con proteine codificate da altri genomi bifidobatterici, mentre 435 condividono un livello di identità che varia tra il 50% e il 30%.

Analisi genomica comparativa di
B. asteroides con altri genomi bifidobatterici completamente sequenziati e
Gardnella vaginalis — Figura-1:Analisi genomica comparativa di :
*B. asteroides* con altri genomi bifidobatterici completamente sequenziati e
*Gardnella vaginalis*

Adattamenti metabolici di B. asteroides all’intestino degli artropodi

Come altri bifidobatteri, il genoma di B. asteroides codifica quasi il 10% dei geni dedicati al metabolismo dei carboidrati. Questo rafforza l’idea che tale categoria di geni sia altamente rappresentata in tutti i genomi dei bifidobatteri, compresi quelli di origine intestinale degli insetti.

I dati genomici, combinati con esperimenti di fermentazione dei carboidrati, suggeriscono che B. asteroides è in grado di metabolizzare una gamma più ampia di carboidrati semplici rispetto a qualsiasi altra specie di bifidobatteri testata. Ad esempio, B. asteroides metabolizza fruttosio e glucosio, due carboidrati presenti nella dieta degli insetti. Questo suggerisce che l’intestino degli artropodi sia la sua nicchia ecologica elettiva.

Contrariamente al metabolismo fermentativo dei carboidrati, ampiamente descritto nei bifidobatteri, l’utilizzo dell’ossigeno come accettore di elettroni terminale tramite respirazione non era stato identificato né sospettato nel genere. Tuttavia, come detto nell’introduzione, si osserva che B. asteroides è in grado di compiere una forma parziale di respirazione aerobica. La respirazione avviene, ma per ragioni sconosciute, a un livello molto più basso rispetto ad altri batteri che utilizzano questa via metabolica in alternativa alla fermentazione. Un esempio di questi batteri è Lactococcus lactis.

È possibile che il livello inferiore di ossigenazione dell’intestino degli insetti abbia favorito l’evoluzione di un basso livello respiratorio in B. asteroides. Questo comportamento è simile a quello osservato nei nanoaerobi.

Proprio per il suo parziale metabolismo aerobico, nel genoma di B. asteroides sono stati evidenziati anche enzimi “scavenger” per la protezione dai radicali liberi, come le superossido dismutasi.

Lo studio biochimico e genomico ci fa capire l’evoluzione dei bifidobatteri

Dalle analisi biochimiche, proteomiche e genomiche si può sostenere che il set di geni respiratori presente in B. asteroides consenta l’adattamento all’intestino lievemente aerato degli insetti. Questa proprietà, invece, è assente nei bifidobatteri che vivono nell’intestino anaerobico dei mammiferi, dove è stata probabilmente persa nel corso dell’evoluzione.

Da una prospettiva evolutiva, è interessante notare che gli insetti popolano la Terra molto prima dei mammiferi. Studiando il microbiota intestinale di questi insetti, emerge l’ipotesi che B. asteroides possa rappresentare una forma ancestrale del genere Bifidobacterium. Questo suggerisce che i primi bifidobatteri fossero in grado di utilizzare l’ossigeno in un metabolismo respiratorio parziale, e che tale capacità si sia progressivamente ridotta o persa in seguito all’adattamento ad ambienti anaerobici.

A supporto di questa visione, il set di geni coinvolto nel presunto metabolismo respiratorio in B. asteroides non mostra alcuna evidenza di acquisizione recente tramite eventi di trasferimento genico orizzontale. Ciò rafforza l’idea che si tratti di una caratteristica ereditata da un antenato comune e non acquisita in tempi recenti.

Diversità genomica nel gruppo filogenetico B. asteroides — Figura-2: Diversità genomica nel gruppo filogenetico
*B. asteroides*

Oltre al metabolismo respiratorio, la presenza in B. asteroides di geni che codificano strutture batteriche note per mediare l’interazione con l’ospite, come polisaccaridi capsulari e pili, potrebbe rappresentare una “firma genetica”. Tale firma sarebbe indicativa di un’evoluzione progressiva che ha favorito l’adattamento dei bifidobatteri a colonizzare anche l’intestino dei mammiferi.

Possiamo quindi affermare che, studiando l’ecologia e l’evoluzione dei membri autoctoni del microbiota intestinale di insetti e altri animali, è possibile ottenere preziose informazioni anche sulle distanze filogenetiche. Queste riguardano sia i microrganismi che i loro ospiti.

Conclusioni e prospettive future

Da questa breve analisi sull’ecologia e la fisiologia di Bifidobacterium asteroides, emerge chiaramente che si tratta di un possibile antenato delle altre specie di bifidobatteri.

Un aspetto particolarmente interessante, evidenziato anche da altri studi, è che la presenza di B. asteroides può contribuire all’eubiosi intestinale degli insetti, ad esempio in Apis mellifera. In letteratura sono riportati lavori che correlano la riduzione delle popolazioni di api a condizioni di disbiosi intestinale. Considerando che questi insetti sono fondamentali per mantenere la biodiversità ambientale grazie al loro ruolo cruciale nell’impollinazione, diventa evidente quanto la loro salute dipenda anche dall’equilibrio del microbiota intestinale.

In quest’ottica, una strategia innovativa per la tutela delle api potrebbe consistere, letteralmente, nel “somministrare loro probiotici”. Si potrebbero sviluppare interventi mirati basati sull’introduzione di ceppi specifici di B. asteroides direttamente nelle arnie, contribuendo così alla sopravvivenza di questi insetti sempre più vulnerabili ai cambiamenti climatici e ambientali.

In un’ottica di One Health, proteggere il microbiota intestinale degli insetti rappresenta una scelta di prevenzione vincente. Significa non solo tutelare la loro salute, ma anche quella dell’intero ecosistema, inclusa la nostra.