Microbioma

Il microbioma è l'insieme del patrimonio genetico e delle interazioni ambientali della totalità dei microrganismi di un ambiente definito. Un ambiente definito potrebbe essere un intero organismo (per esempio, un essere umano) o parti di esso (per esempio, l'intestino o la cute)^[1].

Storia

Il concetto di microbioma si deve al grande genetista e microbiologo Joshua Lederberg, premio Nobel per la medicina nel 1958^[2]. A parere di Lederberg, a causa della grandi funzioni fisiologiche che vi svolgono, il Progetto Genoma Umano avrebbe dovuto comprendere anche lo studio dei microrganismi ospitati nella specie umana il cui insieme può essere paragonato a un vero organo supplementare, soprattutto per il metabolismo^[3] e l'immunità^[4]; anzi, secondo la hygiene hypothesis (ipotesi dell'igiene) la crescente diffusione di alcune malattie dovrebbe essere attribuita a un insufficiente contatto con i microrganismi^[5].

L'analisi del DNA dei microrganismi che vivono nel tratto intestinale umano, realizzata con i metodi della metagenomica dal consorzio MetaHIT ha identificato oltre 3 milioni di geni, 150 volte quelli della specie umana. Delle circa 1000 specie di microrganismi identificati, ogni essere umano ne ospita almeno 160 specie, con scarse variazioni fra un individuo e un altro^[6]. Il microbioma dell'uomo e della pianta è influenzato e parzialmente trasmesso dalla madre alla prole ^[7].

Negli ultimi anni alcune applicazioni specifiche dello studio del microbioma sembrano destinate a portare interessanti nuove prospettive terapeutiche in alcune specialità mediche come la gastroenterologia, l'endocrinologia e la psichiatria (vedi, in quest'ultimo caso, le innovative prospettive che derivano dalla psicobiotica), dove modifiche ed interventi diretti sul microbioma potrebbero fornire buoni risultati.

Ruolo metabolico

Il termine microbioma contienesia il microbiota (comunità di microrganismi) sia il loro teatro di attività

Il microbioma intestinale svolge un ruolo importante, forse cruciale, nel metabolismo dei composti chimici presenti negli alimenti. Si stima che la sua capacità metabolica sia circa 100 volte maggiore della capacità del fegato, a causa della grande diversità di specie batteriche che formano la popolazione, e quindi del gran numero di geni che contengono.^[8] Ci sono circa 10 ¹² batteri per grammo di contenuto del colon, che è il più alto accumulo di microrganismi mai osservato in qualsiasi ambiente.^[9]

Il metabolismo epatico si basa sulle reazioni di ossidazione e coniugazione, che determinano principalmente la generazione di metaboliti idrofili ad alto peso molecolare. Il metabolismo batterico si verifica in condizioni anaerobiche e si basa principalmente su reazioni di riduzione e idrolisi, che danno luogo a prodotti non polari a basso peso molecolare. Pertanto, i metaboliti batterici sono diversi da quelli che possono essere generati dagli enzimi umani e il loro impatto sia sulla salute dell'ospite che sul microbiota intestinale è quindi diverso.^[9] Il metabolismo batterico di solito riduce l'attività dei composti dietetici come i polifenoli, ma a volte un prodotto specifico della trasformazione batterica mostra proprietà potenziate. I prodotti del metabolismo batterico possono mostrare effetti potenziati o più benefici, oppure possono essere degradati in composti inattivi o tossici.^[9]

Acidi grassi

Polisaccaridi

Proteine

Polifenoli

Il microbioma intestinale svolge un ruolo importante nel metabolismo dei composti chimici presenti negli alimenti. I metaboliti batterici sono diversi da quelli che possono essere generati dagli enzimi umani perché i processi batterici avvengono in condizioni anaerobiche e si basano principalmente su reazioni di riduzione e / o idrolisi. Nella maggior parte dei casi, il metabolismo batterico riduce l'attività dei composti dietetici; tuttavia, a volte un prodotto specifico della trasformazione batterica mostra proprietà potenziate. Gli studi sul metabolismo dei polifenoli da parte del microbiota intestinale sono fondamentali per comprendere il ruolo di questi composti e il loro impatto sulla nostra salute. Questo articolo di revisione presenta le possibili vie del metabolismo dei polifenoli da parte dei batteri intestinali e descrive i metaboliti bioattivi derivati dalla dieta prodotti dal microbiota intestinale, con una particolare enfasi sui polifenoli e sul loro potenziale impatto sulla salute umana. Poiché l'eziologia di molte malattie è in gran parte correlata al microbioma intestinale, un equilibrio tra il sistema immunitario dell'ospite e il microbiota intestinale commensale è fondamentale per il mantenimento della salute. I cambiamenti legati alla dieta e all'età nel microbioma intestinale umano e le loro conseguenze sono riassunti nel documento.^[10]

Il metabolismo batterico si verifica in condizioni anaerobiche e si basa principalmente su reazioni di riduzione e idrolisi, che danno luogo a prodotti non polari a basso peso molecolare. Pertanto, i metaboliti batterici sono diversi da quelli che possono essere generati dagli enzimi umani e il loro impatto sia sulla salute dell'ospite che sul microbiota intestinale è quindi diverso. Al contrario il metabolismo epatico si basa sulle reazioni di ossidazione e coniugazione, che determinano principalmente la generazione di metaboliti idrofili ad alto peso molecolare.^[10]

Note

^ Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire M. Fraser-Liggett, Rob Knight and Jeffrey I. Gordon, «The Human Microbiome Projectt». Nature 449: 804-810 (18 October 2007), DOI: 10.1038/nature06244
^ Lederberg J. «The microbe's contribution to biology--50 years after». Int Microbiol. 2006 Sep;9(3):155-6. PMID 17061204
^ Burcelin R, Luche E, Serino M, Amar J. «The gut microbiota ecology: a new opportunity for the treatment of metabolic diseases?». Front Biosci. 2009 Jun 1;14:5107-17. PMID 19482607
^ Mans JJ, von Lackum K, Dorsey C, Willis S, Wallet SM, Baker HV, Lamont RJ, Handfield M. «The degree of microbiome complexity influences the epithelial response to infection». BMC Genomics. 2009 Aug 18;10:380. PMID 19689803
^ Vassallo MF, Walker WA. «Neonatal microbial flora and disease outcome». Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program. 2008; 61:211-24. PMID 18196954
^ Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS et al. «A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing». Nature. 2010 Mar 4;464(7285):59-65. PMID 20203603
^ (EN) Ahmed Abdelfattah, Michael Wisniewski e Leonardo Schena, Experimental evidence of microbial inheritance in plants and transmission routes from seed to phyllosphere and root, in Environmental Microbiology, n/a, n/a, DOI:10.1111/1462-2920.15392. URL consultato il 26 gennaio 2021 (archiviato dall'url originale il 27 gennaio 2021).
^ Baoli Zhu, Xin Wang e Lanjuan Li, Human gut microbiome: the second genome of human body, in Protein & cell, vol. 1, n. 8, Springer Science and Business Media LLC, 2010, pp. 718–725, DOI:10.1007/s13238-010-0093-z, ISSN 1674-800X (WC · ACNP), PMC 4875195, PMID 21203913.
^ ^a ^b ^c W. B. Whitman, D. C. Coleman e W. J. Wiebe, Prokaryotes: The unseen majority, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 95, n. 12, Proceedings of the National Academy of Sciences, 9 giugno 1998, pp. 6578–6583, DOI:10.1073/pnas.95.12.6578, ISSN 0027-8424 (WC · ACNP), PMC 33863, PMID 9618454.
^ ^a ^b Aleksandra Duda-Chodak, Tomasz Tarko, Paweł Satora e Paweł Sroka, Interaction of dietary compounds, especially polyphenols, with the intestinal microbiota: a review, in European journal of nutrition, vol. 54, n. 3, Springer Science and Business Media LLC, 12 febbraio 2015, pp. 325–341, DOI:10.1007/s00394-015-0852-y, ISSN 1436-6207 (WC · ACNP), PMC 4365176, PMID 25672526.

Bibliografia

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Voci correlate

Collegamenti esterni

«Human microbiome projecte», su nihroadmap.nih.gov. URL consultato il 3 aprile 2010 (archiviato dall'url originale il 10 dicembre 2010).
Database «Human Oral Microbiome», su homd.org.
Microbioma cutaneo
Joshua Lederberg, Microbiology's World Wide Web, su project-syndicate.org.

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[1] Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire M. Fraser-Liggett, Rob Knight and Jeffrey I. Gordon, «The Human Microbiome Projectt». Nature 449: 804-810 (18 October 2007), DOI: 10.1038/nature06244

[2] Lederberg J. «The microbe's contribution to biology--50 years after». Int Microbiol. 2006 Sep;9(3):155-6. PMID 17061204

[3] Burcelin R, Luche E, Serino M, Amar J. «The gut microbiota ecology: a new opportunity for the treatment of metabolic diseases?». Front Biosci. 2009 Jun 1;14:5107-17. PMID 19482607

[4] Mans JJ, von Lackum K, Dorsey C, Willis S, Wallet SM, Baker HV, Lamont RJ, Handfield M. «The degree of microbiome complexity influences the epithelial response to infection». BMC Genomics. 2009 Aug 18;10:380. PMID 19689803

[5] Vassallo MF, Walker WA. «Neonatal microbial flora and disease outcome». Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program. 2008; 61:211-24. PMID 18196954

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[7] (EN) Ahmed Abdelfattah, Michael Wisniewski e Leonardo Schena, Experimental evidence of microbial inheritance in plants and transmission routes from seed to phyllosphere and root, in Environmental Microbiology, n/a, n/a, DOI:10.1111/1462-2920.15392. URL consultato il 26 gennaio 2021 (archiviato dall'url originale il 27 gennaio 2021).

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