Ecologia del microbiota umano

LEZIONE 9: IL MICROBIOTA INTESTINALE NELL'ESSERE UMANO

A livello del colon abbiamo una percentuale di microrganismi più alti. La superficie del tratto gastrointestinale è di 150-200 m^2. A livello della mucosa intestinale il sistema immunitario è costituito da un ricchissimo tappeto linfatico che si estende al di sotto dell'epitelio (Gut-Associated Lynphoid Tissue, GALT).

N.B. sebbene i microrganismi comprendano non solo i batteri, ma anche lieviti e muffe, più del 99% delle cellule microbiche nell'intestino sono batteri; solo lo 0,1% è rappresentato da cellule microbiche eucariotiche. Nell'ileo (intestino tenue), lo scambio e il rapporto tra lume intestinale e sistema immunitario è dove si fa più importante.

Informazioni generali:

• L'80% dei batteri appartengono a specie che non possono essere coltivate
• Firmicutes e Bacteroidetes sono le divisioni più abbondanti del microbiota intestinale umano degli adulti sani

La proliferazione dei patogeni (colonization resistance o effetto barriera o esclusione competitiva)

Regolazione della maturazione del sistema immunitario (organo che non può formarsi in assenza di microrganismi) e sua modulazione

Regolazione della motilità intestinale

Produzione di vitamine (folato, vit. K, vit. Del gruppo B)

Modulazione dell'effetto degli alimenti sull'ospite

Il microbiota intestinale può essere inteso come un organo metabolicamente attivo del corpo umano

Il sistema immunitario si è evoluto plasmandosi sugli elementi strutturali delle cellule batteriche. Il sistema immunitario si è formato, plasmandosi sulla presenza dei microrganismi

L'intestino agisce come un bioreattore per i carboidrati. I mammiferi assorbono gli zuccheri semplici nell'intestino tenue, tuttavia, hanno una capacità intrinseca limitata di digerire i polisaccaridi. I polisaccaridi non digeriti (cioè, ad es., cellulosa, xilano, amido)

indigerito o glicani di origine endogena come le mucine e iglicosfingolipidi) passano attraverso le parti distali del piccolo intestino (ileo) edel colon e sono degradati dai microrganismi del microbiota intestinale.

Fibra alimentare = cellulosa, xilano, amido indigerito o glicani.

La fibra

Definizione

Il risultato di questa degradazione è la formazione di monosaccaridi che sono quindi convertiti in prodotti di fermentazione batterica quali gli ACIDI GRASSI A CORTA CATENA (SCFA; prevalentemente gli acidi acetico, butirrico, propionico). I monosaccaridi liberati e gli SCFA prodotti possono quindi essere assorbiti ed utilizzati dall'ospite.

Substrati disponibili per la fermentazione

Produzione di SCFA durante la fermentazione

LEZIONE 10

Gli acidi grassi a corta catena ACETATO, BUTIRRATO e PROPIONATO svolgono numerosi ruoli importanti per la salute dell'ospite, oltre a permettere il recupero di energia dal cibo non digerito. Sono i più abbondati, che ritroviamo nelle feci in

maggior quantità. Catabolita microbico è il risultato di un processo di metabolismo energetico da parte dei microrganismi. Alcuni microrganismi fermentano e producono queste molecole.

Il BUTIRRATO è il più rilevante per la salute, è una fonte di energia primaria (ruolo trofico) per gli enterociti prodotti a livello del colon. Regola la modulazione delle risposte immunitarie, favorendo l'espansione delle popolazioni di cellule Treg (azione anti-infiammatoria / regolatoria). Ha un ruolo molto locale (così come tutti gli acidi grassi a corta catena), e agisce soprattutto a livello intestinale.

Il PROPIONATO passa in gran parte attraverso il lume intestinale (una parte ha anche un ruolo nella gluconogesi intestinale), raggiungendo il fegato dove può agire come substrato gluconegenico o essere ossidato.

L'ACETATO in gran parte è disponibile per i tessuti periferici dove può essere usato per la lipogenesi nel tessuto adiposo o

ossidato dai muscoli (utilizzato facilmente come fonte di energia). Il lume intestinale è il principale sito di produzione degli SCFAs, ma il gradiente di concentrazione scende dal lume alla periferia con assorbimento selettivo di butirrato nell'epitelio, propionato nel fegato e acetato in regioni periferiche. Il significato per la fisiologia dell'ospite di questo gradiente biologico non è completamente compreso.

Non troviamo LATTATO a livello intestinale perché rappresenta un ottimo substrato carbonioso e di energia per molti batteri intestinali. L'ETANOLO (dalla fermentazione alcolica) viene prodotto molto poco, ci sono casi in cui si espandono dei lieviti, ma una volta prodotto, viene assorbito molto velocemente.

I recettori degli acidi grassi a corta catena. Vi sono alcuni recettori che sono posti sia a livello dell'epitelio e sia della lamina propria (a livello intestinale) che sono i tre recettori principali per i tre acidi grassi a corta catena.

GPR109A è un recettore decisivo per il butirrato e per la salute e la prevenzione allo sviluppo del cancro al colonretto. I principali produttori di butirrato nell'intestino umano appartengono all'ordine Clostridiales (Fimicutes), in particolare Faecalibacterium prausnitzii e Clostridium leptum (famiglia Ruminococcaceae) + Eubacterium rectale e Roseburia spp. Inoltre, vi sono batteri che riescono a produrre butirrato a partire da lattato e dall'acetato, quali Anaerobutyricum (in passato chiamato Eubacterium) hallii e Anaerostipes spp.

Ogni riga è un livello tassonomico (c= classe, p=phylum, o=ordine ecc). La maggior parte di butirrato prodotto a livello intestinale in un intestino sano, è dato da questi microrganismi citati in questa tabella (in rosso).

Tuttavia, i produttori di butirrato possono essere molto più lunghi. In quanto anche membri delle divisioni Actinobacteria, Bacteroidetes, Fusobacteria,

Sono i pathway diversi per la produzione di propionato. Questa tabella dimostra che gli unici produttori di butirrato fanno parte alle famiglie viste prima.

Nell'intestino esiste una rete trofica complessa tra microrganismi nei riguardi dei carboidrati. Nella parte sinistra di questo grafico abbiamo tutta la parte di quei microrganismi che portano alla produzione di acido organici a corta catena (o cataboliti microbici come Lattato e Etanolo). Il lattato non si accumula, perché esistono batteri importanti che utilizzano il lattato come fonte primaria di energia e di carbonio e lo fanno trasformando il lattato in butirrato.

Rapporti trofici di protocooperazione tra microrganismi. Il lattato non si accumula perché esistono dei batteri che utilizzano il lattato come fonte principale nel ricavare energia, e lo trasformano in butirrato.

I batteri intestinali sono specializzati per l'assimilazione dei carboidrati di origine alimentare. Questi enzimi possono essere posseduti dai