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Secondo uno studio il microbiota intestinale agisce come un fegato ausiliario

Secondo un nuovo studio preclinico condotto da ricercatori della Weill Cornell Medicine, i microbi nell’intestino dei mammiferi possono modificare in modo significativo il metabolismo degli aminoacidi e del glucosio dei loro ospiti, agendo quasi come un fegato in più.

Lo studio , pubblicato su Cell Host & Microbe , si aggiunge all’elenco crescente di modi in cui il microbioma influenza la fisiologia e potrebbe portare a nuove strategie per trattare condizioni come la malattia infiammatoria intestinale e il diabete.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto che i miliardi di microbi che vivono sul e nel corpo umano influenzano profondamente la nostra fisiologia. L’autore senior Dr. Chun-Jun Guo, assistente professore di microbiologia e immunologia in medicina e membro del Jill Roberts Institute for Research in Inflammatory Bowel Disease presso Weill Cornell Medicine, ha voluto dare uno sguardo più approfondito a come i microbi essenziali nel l’intestino influenza il nostro accesso ai nutrienti estratti dal cibo che abbiamo ingerito.

“Loro ‘mangiano’ prima di noi, prendendo per primi i nutrienti dal cibo che consumiamo e lasciandoci con ciò che rimane dopo aver soddisfatto i loro bisogni nutrizionali”, ha detto il dottor Guo, che è anche membro del Friedman Center for Nutrizione e infiammazione alla Weill Cornell Medicine.

Per comprendere meglio questo processo, il primo autore, il dottor Ting-Ting Li, un associato post-dottorato nel laboratorio di Guo, e i suoi collaboratori, hanno valutato con quanta efficienza diversi batteri che popolano naturalmente il nostro intestino, chiamati commensali dell’intestino umano, impoveriscono gli aminoacidi, gli elementi costitutivi del proteine.

A causa delle funzioni metaboliche scarsamente caratterizzate di molti batteri intestinali, il team ha sperimentato varie impostazioni per trovare le condizioni ottimali per il loro studio. Dopo aver esaminato più di 100 diversi microbi intestinali umani, i ricercatori ne hanno individuati diversi altamente efficienti nel metabolizzare vari aminoacidi alimentari. Quando questi microbi colonizzarono il tratto gastrointestinale di topi germ-free – topi che inizialmente non avevano microbi – i livelli di quegli amminoacidi diminuirono nell’intestino e nel flusso sanguigno dell’ospite.

Il team ha poi identificato i geni metabolici batterici specifici che riducono gli aminoacidi. Era una lunga lista.

“Abbiamo scoperto che in un singolo batterio ci sono oltre 20 geni diversi che codificano una funzione enzimatica simile”, ha detto il dottor Guo. “E poiché abbiamo migliorato le nostre tecniche di eliminazione del gene CRISPR-Cas9 per i batteri intestinali, siamo stati in grado di eseguire un ampio screening di eliminazione del gene e identificare i geni metabolici nei batteri responsabili dell’esaurimento degli aminoacidi”.

Gli scienziati hanno portato i loro risultati da cellule in coltura negli animali, dando a topi esenti da germi ceppi di batteri geneticamente modificati, uno alla volta.

“Ora possiamo manipolare con precisione i singoli geni per ridurre gli aminoacidi nell’intestino”, ha detto il dottor Guo. “Questo ci consente di valutare la funzione individuale di questi geni e di vedere come influiscono effettivamente sull’omeostasi degli aminoacidi dell’ospite.”

Quel lavoro ha prodotto un risultato sorprendente: consumando una classe specifica di aminoacidi , i microbi intestinali possono alterare l’omeostasi del glucosio nel sangue dei loro ospiti. Ulteriori analisi hanno rivelato che, modificando la disponibilità degli aminoacidi, i microbi sembrano influenzare la produzione del neurotrasmettitore serotonina, che a sua volta modifica la regolazione del glucosio.

“Molte di queste funzioni metaboliche possono essere svolte dal fegato, ma ora abbiamo scoperto che esistono enzimi funzionalmente comparabili codificati dal microbiota intestinale che possono fare le stesse cose o cose simili”, ha affermato il dottor Guo. “È come se ci fosse un secondo fegato che opera nell’intestino.”

Il team sta ora progettando nuove strategie per modulare gli enzimi batterici in modo più preciso e esaminando come le varie combinazioni di batteri influenzano il metabolismo degli aminoacidi dell’ospite.

Curiosamente, alcuni degli stessi geni evidenziati dallo studio attuale sono anche disregolati nei microbiomi intestinali dei pazienti con malattie digestive e metaboliche. Secondo il dottor Guo, i farmaci mirati a specifici geni microbici o a ceppi di batteri ingegnerizzati potrebbero potenzialmente fornire nuovi modi per trattare tali condizioni.

“Questi geni metabolici potrebbero essere potenziali biomarcatori per malattie come il diabete di tipo 2 o la malattia infiammatoria intestinale , e sono anche potenziali bersagli terapeutici”, ha aggiunto. “La nostra ricerca dimostra la possibilità di manipolare con precisione il microbiota intestinale per regolare il metabolismo dell’ospite e migliorare le funzioni metaboliche dell’ospite.”

More information: Ting-Ting Li et al, Microbiota metabolism of intestinal amino acids impacts host nutrient homeostasis and physiology, Cell Host & Microbe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.04.004

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