Cos’è il microbiota
In questo articolo si parlerà del microbiota intestinale umano, ovvero di tutte le specie microbiche residenti nel nostro tratto intestinale e che vivono in simbiosi con noi. Per simbiosi si intende la condizione nella quale uno o più microrganismi vivono insieme. A seconda delle condizioni, da questa convivenza possiamo avere risultati positivi oppure negativi.
Partendo dall’origine, un microbo è un piccolo organismo vivente come ad esempio i batteri, i funghi e i virus.
Per microbiota si intende l’insieme delle specie batteriche e non solo che vivono sulla nostra superficie corporea e anche nei nostri organi. Si tratta dunque di una comunità di microbi.
Per quanto riguarda il microbioma, si intende lo studio del microbiota umano e del suo patrimonio genetico. L’essere umano può essere considerato come un super – organismo poiché in alcuni studi scientifici è stato riscontrato che il numero delle cellule microbiche all’interno e sulla superficie corporea è maggiore delle cellule eucariotiche.
I microbi presenti sulla nostra superficie corporea e nei nostri organi sono rappresentati da tre principali domini: batteri, archeobatteri e funghi. Sono presenti anche dei virus, in particolare i batteriofagi.
I microbi possono trovarsi sulla nostra pelle, nel naso, nella cavità orale, nel tratto gastrointestinale e nel tratto urogenitale. Esistono dunque principalmente cinque regioni. Questi microbi sono nativi, cioè li ritroviamo sin dalla nascita. Esiste però, la possibilità che alcuni microbi possano essere introdotti all’interno del nostro corpo, per esempio attraverso una ferita oppure attraverso dei cibi deteriorati. Quando i microrganismi vengono introdotti dall’esterno incontrano, a seconda dell’organo in cui vanno a risiedere, le specie microbiche residenti.
Sono stati identificati più di 45.000 filotipi di batteri e archeobatteri, il 90% dei quali non sono coltivabili in laboratorio in quanto anaerobi obbligati. La quantità di microbi del microbiota intestinale è di circa 1,5 – 2 kg, localizzati per lo più nell’ileo e nel colon. Sono state individuate 10^14 cellule batteriche che rappresentano dieci volte in più le nostre cellule eucariotiche e cento volte in più il nostro patrimonio genetico.
Specie batteriche
Per quanto riguarda le specie batteriche, ne sono stati identificate più di 500. Il 65% è costituito dai Firmicutes, il 23% da Bacteroides, l’8% da Proteobacteria e il 3% da Actinobacteria. Ad una diversa quantità di specie microbiche corrisponde una diversa distribuzione nel nostro tratto.
Lo stomaco possiede la minore quantità, da 0 a 10^2 specie, tra cui Lactobacillus, Candida, Streptococcus ed Helicobacter pylori. Un’alterazione nella quantità di questi batteri può determinare diverse patologie. Nello stomaco sono presenti meno cellule batteriche per via del pH molto acido che ne impedisce la crescita, ma procedendo verso il colon, dato l’aumento del pH, ne troviamo una quota elevata fino al raggiungimento di 10^14. Le specie presenti nel colon sono Bacteroides, Clostridium, Bifidobacterium, Enterobacteriaceae, Escherichia coli e Lactobacillus. Molti degli effetti positivi prodotti dai batteri dipendono dalle condizioni fisiologiche che si trovano in queste zone del tratto gastrointestinale.
L’intestino è costituito dal tenue e dal crasso. Il primo è caratterizzato dal duodeno fino ad una parte iniziale dell’ileo, mentre il secondo è caratterizzato dal colon che contiene la maggior quantità di cellule batteriche. In questa sede sono presenti soprattutto dei batteri anaerobi obbligati.
I Firmicutes che rappresentano il 65% delle specie batteriche nell’intestino sono dei batteri Gram positivi a basso contenuto di guanosina e citosina. Ne sono stati identificati 250 generi e a questa classe appartengono Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus e Staphylococcus. I Bacteroides, che sono un gruppo eterogeneo di batteri Gram negativi, possono essere aerobi e anaerobi. Ne sono stati identificati circa 20 generi: B. gengivalis, B. thetaitamicron, B. vulgatus, ecc.
Bifidobacterium e Lactobacillus sono Gram positivi: i primi sono degli anaerobi obbligati, mentre i secondi sono degli anaerobi facoltativi.
Rapporto età e microbiota
A seconda dell’età, il contenuto di batteri nell’intestino varia e quindi in due individui di età diversa è possibile trovare specie microbiche diverse.
Alla nascita sono presenti soprattutto Escherichia coli, ma nei primi mesi di vita iniziano a crescere in grandi quantità Lactobacillus e Bifidobacterium. Con il cambiamento della dieta del neonato si verifica l’insorgenza di Bacteroides con diminuzione di Escherichia coli mentre, rimangono costanti i Lactobacillus. In età adulta il microbiota è caratterizzato soprattutto da Bacteroides, in misura minore da Escherichia coli e Lactobacillus, ma rimane costante la quantità di Bifidobacterium. Nell‘età anziana il microbiota è caratterizzato da una diminuzione di Bifidobacterium ed un aumento di Escherichia coli e Lactobacillus.
Il tratto gastrointestinale del feto è sterile. A seconda del parto che può subire la madre, cesareo o naturale, la costituzione del microbiota intestinale del neonato subisce delle variazioni. Il parto cesareo, indicato con C-section, determina un microbiota simile a quello della pelle, quindi caratterizzato dalla presenza degli Staphylococcus. Un parto naturale determina un microbiota simile a quello della vagina, quindi caratterizzato dalla presenza di Lactobacillus.
Nel primo mese di vita del neonato si ha una diminuzione dell’attività dei Toll-like receptor, recettori presenti sulle cellule immunitarie che provvedono alla distinzione tra self e non – self. L’attività dei Toll-like receptor deve essere bassa per garantire la crescita del microbiota intestinale. Dal sesto mese in poi, con lo svezzamento del neonato e l’introduzione dei carboidrati nella dieta, inizia la diversità del microbiota intestinale umano, che possiede delle caratteristiche simili a quello dell’adulto sano, ovvero comincia a delinearsi la crescita dei Bacteroides e dei Firmicutes.
Da questo processo evolutivo è possibile comprendere l’importanza da attribuire ad una corretta nutrizione sin dal sesto mese, poiché a seconda della dieta del neonato si avrà una differenza nella crescita del microbiota intestinale. Un allattamento al seno determina prevalentemente la crescita di Bifidobatteri e in misura minore di Bacteroides e Clostridia. Un allattamento artificiale determina sempre una maggiore crescita dei Bifidobatteri ma con un aumento delle probabilità di crescita di Clostridium difficile ed Escherichia coli.
L’alterazione della composizione nella crescita delle diverse specie batteriche del microbiota intestinale umano è responsabile dell’insorgenza di alcune malattie.
Ad esempio i pazienti celiaci presentano disbiosi intestinale con un’espansione di Proteobacteria, responsabili delle allergie con un aumento delle citochine pro-infiammatorie. Un altro esempio è dato dall’uso spropositato degli antibiotici, responsabili della diminuzione della crescita dei Bacteroides. Un ulteriore esempio può essere dato dall’obesità, una condizione caratterizzata da una riduzione della crescita dei Bacteroides e da un aumento della crescita dei Firmicutes, da cui si realizza uno stato pro-infiammatorio del soggetto, sempre seguito da un aumento delle citochine pro-infiammatorie come TNF-alfa e interleuchina 1-beta.
È possibile comunque affermare che tutte quelle condizioni che determinano una diminuita crescita dei Firmicutes e dei Bacteroides fragilis, sono responsabili dell’insorgenza di alcune patologie infiammatorie croniche dell’intestino, come ad esempio il morbo di Crohn.
Funzioni del microbiota intestinale
Le diverse tipologie di funzioni svolte dal microbiota intestinale rivestono una grande importanza per la salute umana. Le principali funzioni sono di tipo metabolico, trofica e protettiva.
La funzione metabolica è caratterizzata dalla fermentazione dei carboidrati e delle proteine, necessari per garantire la crescita delle diverse specie batteriche che compongono il microbiota. Il prodotto di questa fermentazione è costituito dagli acidi grassi a catena corta (SCFA) (acido propionico, acetico e butirrico) che queste specie batteriche utilizzano per la propria crescita, garantendo al tempo stesso il benessere dell’organismo. La funzione metabolica consente inoltre l’assorbimento di ioni (ferro, calcio, magnesio), la sintesi di vitamine (acido folico, vitamina K, vitamine del gruppo B ed altre) e la degradazione del muco endogeno. Le azioni metaboliche contribuiscono ad aumentare il flusso ematico e la motilità intestinale, favorendo il riassorbimento di acqua e ioni, determinando inoltre un abbassamento del pH rendendolo più acido e impendendo la crescita di batteri patogeni. Tenendo conto del ruolo di primo piano riguardante l’assorbimento e la sintesi dei diversi nutrienti, in caso di compromissione delle diverse funzioni metaboliche, aumentano le probabilità di insorgenza di diverse patologie come obesità e sindromi metaboliche.
La funzione trofica è rappresentata dagli acidi grassi a catena corta (SCFA), che servono per la proliferazione e il differenziamento delle cellule intestinali. Gli SCFA passano in seguito al flusso portale e di conseguenza ad altri organi, come i muscoli e il fegato, dove vengono metabolizzati.
La funzione protettiva, come suggerisce il temine stesso, funge da barriera nei confronti dei patogeni intestinali che provengono dall’esterno. Per esempio, gli acidi grassi a catena corta non fanno altro che abbassare il pH nel colon e quindi impedire la crescita di alcuni patogeni intestinali.
Oltre alle principali funzioni già menzionate, il microbiota intestinale ne svolge anche ulteriori:
– aumento della velocità del transito intestinale;
– modulazione del sistema immunitario;
– competizione per i nutrienti e per lo spazio;
– prevenzione dei disturbi intestinali (colite, diarrea, costipazione);
– produzione di alcuni aminoacidi (arginina, glutammina e cisteina);
– agevolazione dei processi digestivi e dell’assorbimento, mantenendo sana ed efficace la mucosa intestinale;
– intervento nel metabolismo degli acidi biliari e della bilirubina.
Classificazione funzionale dei membri dell’ecosistema intestinale
La simbiosi descrive una prolungata e stretta associazione fra due specie, che determinano un beneficio per almeno uno di questi due organismi. Esistono tre tipi di simbiosi:
Mutualismo → condizione nella quale ogni membro trae dei benefici.
Commensalismo → condizione nella quale soltanto un membro trae benefici, mentre l’altro non ne trae proprio.
Parassitismo → condizione nella quale un organismo trae dei benefici a spese dell’altro.
Il microbiota intestinale è caratterizzato da proprietà commensali e mutualistiche. La colonizzazione con un patogeno obbligato causa una malattia, come succede nei casi di infezione con Vibrio cholerae, Shigella o Salmonella.
Per quanto riguarda le proprietà commensali, molti batteri appartenenti a questa classe, come il Clostridium difficili e le specie Enterococco, sono dei patobionti ovvero degli opportunisti che colonizzano i loro ospiti mostrando il loro potenziale patogeno solo in specifiche circostanze, ad esempio nei casi di un’immunosoppressione, un’infezione da Legionella Pneumophila o da Pseudomonas Aeruginosa o durante una disbiosi.
Microbiota intestinale e dieta
La distribuzione dei nutrienti nell’intestino è il principale fattore che determina la struttura della comunità microbica al suo interno. Alcuni studi, quali “The Roles of Inflammation, Nutrient Availability and the Commensal Microbiota in Enteric Pathogen Infection” e “What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases.” hanno dimostrato delle differenze nella composizione del microbiota tra individui sani e pazienti con patologie intestinali, individuando dei cambiamenti nella disponibilità dei fattori dell’ospite e dei nutrienti nello stato della malattia.
Un corretto equilibrio intestinale, oltre a garantire una buona condizione di salute, consente di filtrare e bloccare le calorie in eccesso, proprio come spiegato in un breve passaggio del mio precedente articolo. L’azione si riflette sul senso di sazietà, attraverso la comunicazione con gli enterociti che a loro volta inviano segnali ai centri ipotalamici della fame.
Questo avviene perché il microbiota converte le fibre alimentari che mangiamo in acidi grassi a corta catena (SCFA), i quali rappresentano il nutriente principale degli enterociti. La nostra dieta influenza direttamente il nostro microbiota e a seconda dei nutrienti introdotti verranno nutriti determinati ceppi batterici rispetto ad altri.
Un grande ruolo è svolto dai Probiotici e dai Prebiotici nella regolazione delle diverse forme di disbiosi (seguirà un articolo specifico).
Probiotici
Il termine probiotico non è altro che la definizione moderna di quei batteri conosciuti per anni in Italia sotto la denominazione di fermenti lattici. Questo termine fu coniato per indicare delle sostanze capaci di favorire lo sviluppo di batteri in contrapposizione al termine antibiotico. Recentemente si è arrivati ad una stabilizzazione della definizione in cui i punti chiave sono la quantità di batteri da somministrare e la loro vitalità, poiché non si possono definire probiotici dei batteri non vitali con la capacità di conferire un misurabile effetto benefico.
A differenza di quanto si crede e si scrive, nella definizione della FAO e dell’organizzazione mondiale della sanità, per probiotico non si fa cenno all’origine umana del ceppo batterico, ma si precisa che ‘’è l’azione svolta ad essere importante e non l’origine ecologica’’. La definizione del ministero della salute del 2005, che riprende la definizione della FAO e dell’organizzazione mondiale della sanità aggiungendo il riferimento agli integratori alimentari, è la seguente: ‘’ microrganismi vivi e vitali che conferiscono benefici alla salute dell’ospite, quando consumati in adeguate quantità come parte di un alimento o di un integratore’’. Si evince chiaramente che con questo termine c’è un legame con il settore alimentare (alimenti e integratori) escludendo l’utilizzo di quei batteri usati a scopo terapeutico per i soggetti affetti da patologie.
Questa distinzione terminologica purtroppo è stata ed è quasi completamente ignorata in quanto il termine probiotico è usato anche per definire interventi di tipo terapeutico che costituiscono anche la maggior parte degli studi clinici pubblicati.
Curiosamente nella pratica clinica il meccanismo tradizionalmente citato per giustificare l’uso dei probiotici (riequilibrio del microbiota intestinale) è quello con meno dimostrazioni scientifiche. Sono interessanti i dati relativi alla produzione di sostanze ad azione antimicrobica da parte dei batteri probiotici, chiamate batteriocine che conferiscono ad alcuni ceppi una vera e propria attività antimicrobica diretta. Queste sostanze potrebbero avere un ruolo nel mantenere a bassi livelli la presenza dei patogeni comunque presenti nel tratto intestinale.
Un altro meccanismo di azione importante è la modulazione della risposta del sistema immunitario intestinale sistemico (GALT) per la prevenzione delle allergie. Esistono degli studi a lunga scadenza, con follow-up di diversi anni, che dimostrerebbero una netta diminuzione dell’incidenza percentuale di fenomeni allergici in popolazioni di bambini ad alto rischio. Di conseguenza la diversità riscontrata nell’azione antiallergica fra i vari ceppi è molto elevata, infatti è noto come ceppi diversi di batteri probiotici possano modulare le risposte immunitarie in senso TH-1, che è quella pro-infiammatoria ma antiallergica, o in senso TH-2, che è quella anti-infiammatoria ma non antiallergica.
I ceppi probiotici si distinguono da altri ceppi batterici, anche della stessa specie, per alcune caratteristiche:
– capacità di sopravvivere al passaggio nel tratto gastrointestinale;
– capacità di moltiplicarsi nell’intestino;
– capacità di esercitare un effetto benefico misurabile significativo per la salute.
Queste caratteristiche portano a dover elaborare dei percorsi di selezione e caratterizzazione nonché delle procedure per la verifica dell’efficacia. Sono inoltre importanti per poter distinguere i veri probiotici umani da quelli protecnologici, anch’essi dei batteri, utilizzati per la produzione di yogurt e formaggi. È molto importante che i probiotici siano specie-specifici (umano-compatibili) in quanto i batteri hanno l’imprinting umano, quindi si sono evoluti in simbiosi con l’uomo e sono entità autonome che riconoscono una specie sola, ovvero quella umana.
Somministrare probiotici umani a un cane non serve per creare colonie permanenti ed è anche errato pensare che i fermenti lattici delle vacche, che sono contenuti nello yogurt, possano svolgere una benché minima attività probiotica. Questa osservazione è fondamentale nella scelta dei probiotici umani dato che, per definizione, il probiotico deve essere presente nell’intestino umano creando colonie permanenti.
Altra caratteristica essenziale dei probiotici consiste nell’acidofilia, necessaria per poter transitare indenni nello stomaco. Devono essere vivi e vivificabili, la conservazione deve avvenire obbligatoriamente in un range di umidità assoluta del 2-5% affinché sia protratta per lunghi periodi di tempo, devono essere in grado di aderire alle pareti intestinali ed essere tollerati dal nostro sistema immunitario, quindi forniti di imprinting e devono formare colonie permanenti che si rinnovano per più generazioni sulle pareti dell’intestino. Infine devono anche esercitare un’azione utile e salutare e non limitarsi ad utilizzare parte del cibo come commensali saprofiti. Va ricordato che i probiotici veri si comportano da commensali e quindi non svolgono alcuna azione se sono dislocati in distretti diversi dai luoghi in cui esplicano la loro attività funzionale.
Prebiotici
Il termine prebiotico indica invece un gran numero di sostanze organiche, in particolare oligosaccaridi fermentescibili, in grado di favorire la crescita della flora microbica intestinale. Possono essere il substrato nutritivo preferenziale oppure esclusivo dei microrganismi endogeni e resistono alla degradazione enzimatica del tratto gastroenterico. Un prebiotico è considerato buono se contiene almeno 3 grammi di sostanza prebiotica. Quando i prebiotici vengono trasformati dai microrganismi della flora intestinale producono SCFA diminuendo il pH nell’intestino crasso e riducendo la crescita dei batteri ad azione patogena. Essendo dotati della capacità di stimolare la crescita dei bifidobatteri vengono chiamati fattori bifidogenici.
I prebiotici si dividono in:
- frutto-oligosaccaridi (FOS)
- e galatto-oligosaccaridi (GOS).
I FOS sono oligosaccaridi a catena corta, costituiti da D-fruttosio e da D-glucosio. Vengono utilizzati in associazione con i probiotici, in alimenti o in integratori. Sono delle molecole naturali che si trovano in molte piante e frutti ed hanno un’azione specifica nei confronti dei batteri patogeni putrefattivi perché quest’ ultimi non riescono a rompere i loro legami chimici. Si ottiene quindi uno sviluppo selettivo degli organismi benefici con contemporanea riduzione del pH del colon che lo rende inabitabile per batteri potenzialmente patogeni come il Clostridium. In termini legislativi i FOS sono considerati come ingredienti alimentari (e non additivi) e definibili come fibre dietetiche.
I GOS sono oligosaccaridi formati da D-galattosio e D-glucosio. Il principale rappresentate di questa famiglia è il lattosio, disaccaride formato da glucosio e galattosio. Sono normalmente presenti nel latte materno, ma possono essere prodotti a partire dal lattosio per l’azione dell’enzima β-galattosidasi.
I GOS sono definiti dal Ministero della Salute come: “altri nutrienti e altre sostanze ad effetto nutritivo o fisiologico”. Vengono utilizzati per mantenere in salute la flora batterica e ridurre la presenza nel tratto gastro-intestinale di microrganismi potenzialmente patogeni.
Conclusioni
Tutte le malattie hanno origine nell’intestino
(Ippocrate 460 – 370 a.C.)
Concludo questo articolo evidenziando un aspetto importante, ovvero che ogni persona è un caso specifico ed è necessaria una valutazione nella sua individualità. Ad esempio, assumere probiotici e prebiotici è importante per garantire la salute intestinale, ma non tutte le persone possono assumerli. Quindi tutto quello che è stato spiegato deve essere visto e considerato come un quadro generale, all’interno del quale le soluzioni possono essere diverse e varie a seconda della persona che si ha di fronte.
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