Edizioni Pubblicità Italia

Il Pesce nr. 1, 2019

Rubrica: La pagina scientifica
Articolo di Terova G. , Saroglia M. ,
(Articolo di pagina 126)

Il microbiota intestinale, ultima frontiera per l’ottimizzazione della strategia nutrizionale in acquacoltura?

Capita sempre più spesso di sentir parlare di “microbiota” o “microbioma” intestinale e di come occorra averne cura onde mantenere il corpo in buona salute. Prima di tutto è necessaria una precisazione in quanto i due termini, utilizzati spesso come sinonimi, in realtà indicano due cose diverse, sebbene nella maggior parte dei casi questo utilizzo “intercambiabile” non comprometta la comprensione del testo.
Microbiota si riferisce a una popolazione di microrganismi che colonizza un determinato luogo o che vive in simbiosi con un organismo. Il termine microbioma, invece, indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo è in grado di esprimere. Con microbiota intestinale si intende l’insieme dei microbi (batteri commensali, lieviti, virus e organismi animali primitivi molto semplici, quali i protozoi) che convivono nell’intestino. Il microbiota intestinale umano è costituito da più di 50.000 miliardi di microrganismi appartenenti ad almeno 1.000 specie diverse. Scolasticamente il microbiota intestinale viene suddiviso in organismi autoctoni, specie indigene che occupano uno specifico habitat intestinale (mucosa intestinale), e organismi alloctoni, che sono “viaggiatori di passaggio”, presenti occasionalmente nel tratto digerente, collegati alla dieta e ad altri fattori ambientali. In umana, un terzo del microbiota è simile nella maggior parte delle persone, mentre per due terzi è individualmente diverso. Qualcosa di simile accade anche negli animali, inclusi i pesci. Il microbiota viene acquisito alla nascita, quando l’individuo è esposto per la prima volta a specie batteriche presenti nell’ambiente. In seguito si incrementa in quantità e varietà tramite l’esposizione continua all’ambiente e con l’alimentazione. Nel mondo acquatico, l’acqua è un formidabile veicolo di microorganismi appartenenti a varie specie, così come lo è la catena alimentare, incluso il mangime fornito negli allevamenti. La maggior parte di questi microrganismi non sono dannosi per la salute, anzi sono benefici perché sono parte di numerosi processi fisiologici. Per questo, ad oggi, vi sono svariati investimenti sugli studi per comprendere il rapporto tra questi microbi, la salute e le malattie, sia in umana che nelle specie animali allevate, comprese le specie dell’acquacoltura. Il microbiota intestinale, quindi, non è “innato”, ma è un “organo acquisito”, ancora molto sconosciuto. Ciò su cui gli studiosi concordano è che il microbiota sia direttamente relazionato con la salute, con il sistema immunitario, con il funzionamento dell’apparato digerente, con la sensazione di benessere, ecc…

L’asse intestino cervello
Una cosa di cui sentiamo parlare spesso negli ultimi anni è l’asse intestino-cervello. Questo collegamento non è nuovo, era già stato studiato in passato. Solo recentemente però si è scoperto, con studi condotti sugli umani, che non è solo il cervello che incide sull’intestino, ma anche viceversa:

  • uno studio di qualche anno fa (1) ha dimostrato che le persone in disbiosi (squilibrio microbico) soffrono più facilmente di problemi di origine nervosa e psicologica, come la depressione e l’ansia anche in forme severe. Anche secondo uno studio del­l’Università californiana di Los Angeles (2), le persone con disturbi gastrointestinali cronici soffrono più facilmente di ansia. Questo perché i microbi intestinali producono anche composti chimici che influenzano il nostro umore, come la serotonina (nota anche come “ormone del buonumore”). Alcuni generi di batteri come i Lactobacillus assunti come probiotici (capsule contenenti batteri vivi) hanno riportato miglioramenti negli stati d’ansia e nell’umore in generale;
  • situazioni di stress infantili (come violenze fisiche e psicologiche), secondo un altro studio (3), sembrano aumentare la possibilità di risentire in futuro di disturbi gastrointestinali. Questo pro­babilmente perché il microbiota si è creato in un ambiente per­turbato e instabile. Infatti, la presenza di ormoni dello stress, quali le catecolamine, come adrenalina e noradrenalina, stimolerebbe la crescita, la motilità e la virulenza di alcuni ceppi batterici.

Allo stato attuale delle ricerche, la prova più soddisfacente che i microbi possono alterare anche il nostro comportamento arriva dagli studi sugli animali:

  • ad esempio, si sa da tempo che i topi, quando vengono colpiti dall’infezione di un protista parassitario chiamato Toxoplasma gondii, diventano stranamente imprudenti. Normalmente i topi evitano il contatto con i gatti, ma quando sono infettati dal Toxoplasma cambiano radicalmente comportamento. Sono attratti dall’urina dei gatti e decidono di uscire allo scoperto, andando verso una morte certa. I parassiti di Toxoplasma quindi “manipolano” il comportamento dei topi, quasi avessero lo scopo di essere ingeriti da un gatto, in modo da infettare anche il felino che poi vive in contatto con l’uomo;
  • un altro studio del 2012 (4), eseguito su topi, ha dimostrato che, alterando il microbiota di questi animali, il loro comportamento cambia notevolmente. In particolare, gli scienziati hanno scoperto di poter indurre i topi a nuotare più a lungo e in modo più vigoroso somministrando loro un batterio chiamato Lactobacillus rhamnosus. Tuttavia, se più brutalmente viene loro reciso il nervo vago per interrompere la comunicazione tra l’intestino e il cervello, anche dopo aver loro somministrato il batterio, i topi non cambiano il loro comportamento.

Siamo ancora lontani dal comprendere l’esatto funzionamento di questa connessione, ma è certamente chiaro che microbiota intestinale e cervello collaborano al benessere dell’individuo.
Con la dieta andiamo ad alimentare i miliardi di batteri che vivono nell’apparato digerente. La varietà e la quantità di microrganismi presenti nel microbiota intestinale (e non solo) sono direttamente influenzate dalla diversità alimentare. Si crea una sorta di equilibrio che, se alterato, può dare origine a diversi disturbi, che vanno dai problemi intestinali alle malattie autoimmuni e croniche. È vero anche che il microbiota viene influenzato e alterato da molte altre cose (come le infezioni, gli antibiotici e i medicinali, ecc…), ma il ruolo dell’alimentazione sembra essere primario.

Il ruolo dei probiotici per il microbiota intestinale
I probiotici sono una manna per l’intestino, perché lo ripopolano, lo aiutano a lavorare meglio, ecc…; bisogna aggiungere però che possono non attecchire all’intestino. I probiotici sono ceppi di batteri che, quando vengono assunti, sostengono i batteri benefici nativi. Inoltre aiutano a controllare i batteri opportunisti ed offrono protezione affinché i batteri transitori e gli organismi patogeni non possano avere il sopravvento all’interno dell’intestino danneggiato. Le forme batteriche supplementari che vengono assunte sono in generale “transitorie” e, se non assunte in dosi elevate, non possono colonizzare l’intestino dell’ospite, o rimanerci sufficientemente a lungo da supplire a ceppi batterici mancanti, o correggere realmente un disequilibrio.

Il ruolo degli acidi grassi a corta catena
I probiotici quindi sono utili, ma ciò che è veramente necessario per fornire carburante alle cellule che tappezzano la mucosa intestinale (gli enterociti) sono gli acidi grassi a catena corta (SCFA), prodotti durante la fermentazione delle fibre alimentari operata dai batteri che albergano nell’intestino. I principali SCFA sono 4, ossia l’acido acetico, l’acido propionico, l’acido butirrico e l’acido valerico, rispettivamente con 2, 3, 4 e 5 atomi di carbonio. Gli alimenti indispensabili da aggiungere alla dieta per produrli sono quelli che contengono carboidrati complessi (fibra), quali inulina, chitina, pectina, emicellulosa, amido e mucopolisaccaridi. L’acido butirrico, in particolare, gioca un ruolo chiave nel mantenimento dell’integrità della mucosa e nei processi di riparazione delle lesioni intestinali, contribuisce ad abbassare il pH intestinale creando un ambiente sfavorevole allo sviluppo di batteri patogeni, oltre ad avere altre funzioni non completamente chiarite che coinvolgono la regolazione epigenetica (5).

La complessità del microbiota intestinale
Ovviamente niente è semplice. Il microbiota intestinale è talmente vasto e sconosciuto che, per riuscire a riequilibrarlo, ci possono volere mesi (anche anni); i farmaci quasi mai assecondano ed aiutano il microbiota, anzi. Sono riportati gli indici statistici di Bray-Curtis che descrivono la diversità nel microbiota della mucosa intestinale e delle feci di 3 gruppi di spigola, a grande distanza da un differente trattamento alimentare. Nel dettaglio, le spigole, tutte originate dalla stessa popolazione, erano state alimentate per una settimana con dieta vegetale, eritromicina, oppure con la stessa dieta di controllo, quindi alimentate nuovamente con quest’ultima per 11 mesi prima dell’analisi del microbiota.

Lo studio del microbiota intestinale negli allevamenti ittici
Le evidenze raccolte in questi anni indicano come nel pesce esistano complesse comunità microbiche a livello dei diversi distretti corporei, come cute, branchie e intestino, ovvero a livello di quegli organi che sono a diretto contatto con l’ambiente esterno. Il microbiota della cute e delle branchie riflette quello dell’acqua circostante, mentre il microbiota intestinale è principalmente influenzato dalla dieta. Recenti studi indicano la possibilità di promuovere condizioni ottimali per lo stato di salute e l’equilibro della flora batterica intestinale dei pesci mediante manipolazione della dieta. Tra questi, gli studi condotti nell’ambito del progetto AGER Fine Feed For Fish (4F) presso l’Università degli Studi dell’Insubria. Trattandosi di ceppi batterici per la maggior parte non coltivabili su piastra in laboratorio, il metodo di studio prevede l’identificazione delle popolazioni batteriche cercando frammenti del loro DNA. Come si analizzano i frammenti di DNA dei batteri? Si analizzano utilizzando tecniche innovative, definite Next Generation Sequencing (NGS), che hanno dato un notevole impulso alla caratterizzazione del microbiota umano e della sua complessità, che ora vengono applicate anche nello studio del microbiota degli animali, inclusi i pesci. Queste tecniche sono in grado di sfruttare la particolare conformazione della sequenza di acidi nucleici che caratterizza il patrimonio genetico della flora commensale. Si basano sull’amplificazione mediante PCR e sequenziamento di alcune regioni variabili di geni da cui derivano le sequenze di rRNA 16S (16S rDNA, DNA ribosomiale 16S). Tali regioni sono infatti specie specifiche e il loro sequenziamento permette di identificare e differenziare le diverse specie batteriche presenti nel tratto intestinale dei pesci. Questo tipo di analisi prevede l’estrazione del 16S rDNA da matrici complesse, come ad esempio i campioni fecali, l’amplificazione via PCR del gene 16S con l’utilizzo di primer universali e il sequenziamento dell’intera miscela di ampliconi prodotti in un’unica soluzione. Si generano in questo modo milioni di sequenze le quali sono poi elaborate tramite software dedicati, in grado di fare sia un’analisi tassonomica delle sequenze ottenute che un’analisi funzionale del microbioma.
Il software (pipeline) più usato che consente l’analisi tassonomica del microbioma è Qiime. Qiime interpreta i dati di sequenziamento da due punti di vista: qualitativo, indicando i taxa presenti, ovvero i phyla, le classi, gli ordini, le famiglie e le specie batteriche che sono presenti nel campione analizzato; e quantitativo, indicando le percentuali di ogni singolo taxa. Gli output forniti da Qiime sono sostanzialmente una tabella excel (OTU table, unità tassonomica operativa) in cui sono elencati i taxa presenti ai diversi livelli tassonomici e il numero di sequenze trovate corrispondenti a ciascun taxum. Il software utilizza poi un database di sequenze 16S, chiamata GreenGenes, per l’identificazione dei taxa batterici presenti nel campione. Avviene esattamente come quando la polizia identifica un criminale nonostante sulla scena del delitto non ne sia rimasta traccia. Cosa fa in questo caso? Cerca l’impronta del DNA.
Anziché affidarsi alle testimonianze oculari, i poliziotti possono raccogliere una goccia di sangue dalla scena del crimine e tracciare il profilo genetico dell’assassino. Poi confrontano questo profilo con gigantesche banche dati di possibili sospetti.
Quindi, sapendo quali batteri dovrebbero trovarsi nell’intestino dei pesci, si possono confrontare quelli che troviamo nelle loro feci con gigantesche banche dati di possibili batteri “sospetti”.
Picrust è invece il software in grado di dare un’interpretazione funzionale del microbioma. Sulla base delle specie individuate, è in grado di predire le pathway metaboliche potenzialmente attive. Questa informazione è di grande utilità per la formulazione dei mangimi, in quanto consente di predire la capacità di assimilazione dei nutrienti a livello intestinale. La NGS è stata applicata recentemente in diverse specie di pesce per studiare gli effetti della dieta sul microbioma intestinale. Si invita, per ulteriore documentazione, a consultare i link in nota (6).
Genciana Terova
Marco Saroglia

Università degli Studi
dell’Insubria, DBSV, Varese

Note

  1. Cryan J.F., Dinan T.G. (2012), Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour, Nat. Rev. Neurosci.;13(10):701-12, www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22968153
  2. Mayer E.A. (2000), The neurobiology of stress and gastrointestinal disease, Gut; 47:861–869, gut.bmj.com/content/47/6/861.full
  3. O’ Mahony S.M., Hyland N.P., Dinan T.G., Cryan J.F. (2011), Maternal separation as a model of brain-gut axis dysfunction, Psychopharmacology (Berl); 214(1):71-88; www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20886335
  4. Bangsgaard Bendtsen K.M. et al. (2012), Gut Microbiota Composition Is Correlated to Grid Floor Induced Stress and Behavior in the BALB/c Mouse, journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0046231
  5. dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160332; https://doi-org.insubria.idm.oclc.org/10.1186/s41240-016-0041-9
  6. doi.org/10.1371/journal.pone.0193652; peerj.com/articles/5355/

 

Didascalia: il microbiota intestinale umano è costituito da più di 50.000 miliardi di microrganismi appartenenti ad almeno 1.000 specie diverse.

Photogallery

Il Pesce
Anno:

Numero:


Cerca negli articoli di Il Pesce:
Annuario del Pesce e della Pesca
La banca dati che con cadenza annuale costituisce un prezioso strumento di lavoro per gli operatori del settore ittico e acquacoltura.