Cambiamento climatico e microbiota intestinale: come sono collegati?

Cosa c’entra il cambiamento climatico con il microbiota degli animali?

Uno degli aspetti finora meno studiati del cambiamento climatico è la sua correlazione con le modifiche del microbiota intestinale degli animali. Potrebbe sembrare una connessione molto distante, al contrario alcuni studi hanno evidenziato un rapporto bidirezionale tra i due: i microrganismi intestinali contribuiscono alla tolleranza di temperature estreme, e lo stress termico modifica la tassonomia e l’abbondanza delle specie della flora batterica.  

Questi studi sono stati condotti sugli ectotermi, ovvero gli animali a “sangue freddo”, di cui fanno parte anfibi, pesci, invertebrati e rettili. Questi animali, infatti, sono i più vulnerabili ai cambiamenti climatici, poiché la loro temperatura corporea dipende da quella dell’ambiente esterno, di conseguenza sono altamente sensibili alle variazioni di temperatura. 

Il microbiota diventa così un nuovo importante fattore da tenere in considerazione per prevedere la risposta di questi animali al surriscaldamento globale, suggerendo possibili nuovi interventi per mantenere il suo equilibrio e quindi proteggere le specie di ectotermi a rischio di estinzione. 

differenza nella regolazione della temperatura tra animali ectotermi e endotermi
Immagine 1: differenza nella regolazione della temperatura tra animali ectotermi e endotermi [Fonte: https://socratic.org/questions/are-lizards-endotherms-or-ectotherms]

Il microbiota regola la tolleranza degli ectotermi agli stress termici 

La flora batterica intestinale è di fondamentale importanza per numerose funzioni dell’ospite, dalla digestione ai processi immunitari. Di recente, si è voluto osservare se e come i microrganismi intestinali possono regolare anche la tolleranza al caldo e al freddo acuti, e di conseguenza delineare un loro possibile ruolo nella risposta ai cambiamenti climatici.  

Girini

In uno studio condotto sui girini di rana verde americana, si è sterilizzata l’acqua di allevamento per manipolare il microbiota degli animali, per poi valutarne le conseguenze sulla tolleranza termica. Si sono considerati quindi due gruppi di girini, quelli allevati nella normale acqua di stagno, con un microbiota sano, e quelli allevati in un’acqua quasi sterile, che hanno presentato un minor numero di specie batteriche intestinali. I due gruppi sono stati esposti a tre diverse temperature, 14°, 22° e 28°. Analizzando i risultati, si è visto che i girini con un microbiota alterato erano in grado di tollerare temperature più basse, ma avevano una probabilità di morire cinque volte maggiore rispetto a quelli allevati nell’acqua di stagno se esposti ad alte temperature per lunghi periodi. Le cause di questa minore sopravvivenza a stress termici probabilmente risiedono nel fatto che i girini con ridotto microbiota hanno una minore attività di certi enzimi mitocondriali e un alterato tasso metabolico, entrambi importanti fattori quando si considera la temperatura corporea. 

Drosophila subobscura

Un ulteriore studio che evidenzia un ruolo del microbiota nel regolare la tolleranza al calore considera la Drosophila subobscura. I ricercatori hanno utilizzato drosofile non manipolate e altre germ-free, esponendole a diverse temperature stressanti. Si è visto che a temperature miti i moscerini non manipolati hanno una maggiore tolleranza al calore, mentre a temperature estreme non ci sono differenze. Successivamente, si è confrontata l’abbondanza e la tassonomia delle specie batteriche presenti in drosofile non manipolate, alcune delle quali esposte ad un’alta temperatura mentre altre no. Queste caratteristiche del microbiota sono risultate alterate nei moscerini sottoposti a ondate di calore transienti. Perciò: da una parte il microbiota modifica la tolleranza termica degli ectotermi, dall’altra stress termici modificano il microbiota.

misurazione della tolleranza termica della drosofile germ-free (in rosso) e non manipolate (in verde)
Immagine 2: misurazione della tolleranza termica della drosofile germ-free (in rosso) e non manipolate (in verde). [Fonte:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34025608/]

L’impatto del surriscaldamento globale sul microbiota intestinale

I cambiamenti climatici hanno effetti a livello macroscopico sull’ambiente e sulle specie animali, che ormai sono ben visibili a tutti, dalla siccità all’aumento delle specie a rischio di estinzione. Ma cosa succede a livello microscopico? Osservare ciò che accade a livello delle comunità microbiche intestinali è importante, perché anche da queste dipende la sopravvivenza dell’animale e il suo possibile adattamento a nuove condizioni ambientali.  

Numerosi studi rilevano l’associazione tra l’aumento delle temperature e il cambiamento del microbiota di varie specie animali, evidenziando la sensibilità della flora batterica alla temperatura ambientale. Infatti, si riscontra una generale riduzione della varietà delle specie batteriche e della loro abbondanza relativa. In particolare, si è visto che in lucertole, Drosophila melanogaster, salamandre e girini il phylum dei Firmicutes tende a diminuire, mentre quello dei Proteobatteri ad aumentare. 

Le modifiche del microbiota possono avere due conseguenze. Da una parte, il rapido cambiamento dei microrganismi intestinali potrebbe permettere un adattamento degli ectotermi alle nuove temperature più calde. Dall’altra, tuttavia, questo squilibrio porta a disbiosi intestinale, con un impatto negativo sull’assorbimento del cibo, sul metabolismo e in generale sulla fitness dell’animale, quindi la sua probabilità di sopravvivenza. 

Non solo ectotermi…

Gli studi sugli ectotermi sono fondamentali perché questa categoria è particolarmente sensibile alle variazione della temperatura esterna, però le alterazioni del microbiota intestinale a causa di stress termici sono emerse anche in studi condotti in mammiferi.  

Nei topi, ad esempio, stress termici a lungo termine aumentano la permeabilità intestinale, danneggiano la mucosa e alterano l’omeostasi microbica, riducendo significativamente i Lattobacilli e Bifidobatteri. Altri studi sulle mucche confermano la presenza di squilibri microbici e disfunzione delle mucose intestinali.  

Comprendere meglio queste alterazioni è importante perché l’aumento delle temperature ha un profondo impatto sugli allevamenti nelle regioni tropicali e subtropicali, con gravi perdite economiche e di animali. Di conseguenza, per ridurre i danni si potrebbe agire a livello del microbiota, introducendo nuovi specifici mangimi per risanarlo. 

Conclusioni

A causa dell’aumento delle temperature previsto nei prossimi anni, una specie animale su sei è minacciata dall’estinzione. Di conseguenza, è importante studiare i meccanismi con i quali i cambiamenti ambientali impattano sulla fisiologia degli animali, per cercare di conservare la biodiversità. In questo, lo studio del microbiota intestinale è utile per fornire una visione più completa sulle variazioni fenotipiche dell’ospite, anche perché è l’ecosistema che si modifica più rapidamente in base ai rapidi cambiamenti dell’ambiente.

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Fonti

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