Microbiologia

Il microbioma e il metaboloma: il ruolo del microbiota nella nostra salute

Gli studi sul microbiota hanno svelato il "microbioma" (popolazione batterica intestinale) o "genoma collettivo". Il microbioma contiene un numero di sequenze genetiche 100 volte maggiore di quelle dell'uomo che codificano per funzioni coinvolte in specifiche vie metaboliche che sono invece assenti nel metabolismo umano. Per questo si parla anche di "metaboloma", inteso come l'insieme di tutte le attività metaboliche che non sono presenti nell'uomo. Il microbioma contribuisce attivamente alla nostra salute (è considerabile come un "super-organo"). È considerato un "super-organo" perché svolge funzioni che si stanno scoprendo. Si stanno anche scoprendo malattie associate a alcune alterazioni del microbioma. Ad esempio alcuni organi possono essere influenzati dal microbioma Gut (intestinale), come ad esempio il fegato, lo stomaco, il sistema immunitario...

valutando alcune patologie associate ad alterazione di microbioma intestinale come: l'obesità, il diabete, l'artrite reumatoide, l'infiammazione delle vie gastro-intestinali, il cancro allo stomaco, il cancro al colon e il cancro al fegato. Le funzioni svolte dal microbioma intestinale sono diverse:

• Sintetizza vitamine del gruppo B12 e K
• Protegge da patogeni
• Mantiene le difese immunitarie "in allerta"
• Rimuove le sostanze tossiche derivate dalle fermentazioni intestinali
• Detossifica da xenobiotici, potenzialmente tossici
• Regola il metabolismo (digerisce gli zuccheri complessi assunti con la dieta, sintetizza gli acidi grassi a corta catena)

La composizione del microbioma intestinale è molto correlata con l'obesità e con la dieta. Sono stati effettuati degli esperimenti sui topi di laboratorio e si è giunti alla conclusione che il microbiota contribuisce all'obesità. È stato scoperto che nei topi obesiè presente un aumento dei batteri Firmicutes (Gram-negativi) mentre diminuiscono i batteri Bacteroides (Gram-positivi). Al contrario, nel topo magro prevalgono altre specie. I Firmicutes che prevalgono nel topo grasso sono in grado di estrarre maggiormente i grassi che il topo riceve. Hanno un ruolo centrale nell'aumentare l'assimilazione dei grassi da parte dell'organismo ospite. Al contrario, i Bacteroides forniscono enzimi che estraggono più proteine che hanno meno effetto obesizzante. Essi "digeriscono" le fibre vegetali, sono tipici delle diete salutari ricche di frutta e di verdura. Per questo sono considerati "batteri buoni", poiché associati a diete ricche di frutta e verdura. La dieta è fondamentale per modificare la popolazione batterica intestinale. Con una dieta piena di grassi, l'intestino è riempito di batteri non buoni. La composizione del microbiota intestinale dipende dalla dieta e dal batterio.che selezioniamo con la dieta che può dare luogo o meno all'obesità. È stato verificato che il microbiota determina il peso corporeo attraverso il seguente esperimento: è stata trasferita da due gemelli, uno obeso e uno magro, la popolazione batterica intestinale (PBI) in due topi recipienti (svuotati della loro PBN). A parità di dieta (bassa di grassi e ricca di fibre) i due topi hanno sviluppato fenotipo diverso che hanno ereditato dai due gemelli. Il topo che ha ricevuto la popolazione batterica intestinale dell'individuo grasso è diventato grasso nonostante la dieta. Quindi il microbiota intestinale che promuove l'obesità è selezionato dalla dieta. Si parla di "infectobesity" ovvero obesità infettiva, è l'obesità di origine infettiva che potrebbe essere causata da alcuni microorganismi, nel senso che potrebbero essere considerati patogeni batteri di fenotipo obeso. Nel 2007È stato lanciato l'Human Microbiome Project (HMP), dal National Institutes of Health, per studiare il microbioma umano. Sono stati valutati i seguenti casi: gravidanza, stato diabetico (osservare se il microbioma può contribuire al diabete. È quindi stato verificato ciò sui pre-diabetici) e malattie infiammatorie intestinali (malattia di Crohn, colite ulcerativa...). La PBNI varia anche durante la gravidanza. A fine gravidanza è molto ricca di specie acidofile (Lactobacillus, Streptococcus, e Enterococcus che utilizzano il lattosio... e devono essere trasmessi al neonato). La PBI del 3° trimestre induce, quando sperimentalmente trasferita, uno stato metabolico associato ad un elevato "accumulo di energia", caratterizzato da aumento di peso (come in vivo). La PBN dell'apparato urogenitale: - Abbiamo una colonizzazione sia nella donna sia nell'uomo, dei genitali esterni e dell'uretra nella porzionepiù a contatto con l'esterno. La PBN della vagina è interessante perché varia in funzione dell'età e dello stato ormonale. Nella donna la PBN della vagina è influenzata dall'età e dallo stato ormonale (estrogeni). È sensibile alla presenza di estrogeni, nel senso che nella vagina sono presenti lattobacilli, importanti nella vagina perché contribuiscono a mantenere un ambiente acidofilo deterrente per la crescita di altri batteri, cioè impediscono la crescita di altri germi non acidofili. Nella vagina di una neonata troviamo lattobacilli, questa caratteristica è strana perché la neonata non produce estrogeni, la motivazione di ciò è che la neonata risente degli estrogeni materni. Per tutta la vita della neonata, nella vagina non ci sono lattobacilli, questi compaiono con la pubertà. Quindi in età fertile troviamo: lattobacilli di Doderlein (L. acidophilus), stafilococchi (S.

epidermidis),28enterococchi, corynebacteria, E.coli, streptococchi e Bacteroides. Enterococchi ed E. Coli hanno origine fecale, sono spesso presenti nella vagina perché i due orifizi, anale e vaginale, sono vicini e inoltre dato che l'uretra femminile è più corta di quella maschile, nella donna si verificano più infezioni che nell'uomo dovuti a questa caratteristica.

Quando si entra nella menopausa, scompaiono gli estrogeni e quindi scompaiono i lattobacilli. I lattobacilli rappresentano il 90% dei microrganismi vaginali totali. I lattobacilli sono microorganismi intelligenti e funzionali perché danno luogo a sottoprodotti che hanno un effetto antagonista contro i patogeni urinari e vaginali, come il biofilm. I lattobacilli producono:

• batteriocine (molecole tossiche nei confronti di altri batteri)
• biosurfactanti (impediscono l'adesione di agenti patogeni)
• perossido di idrogeno
• acidi
• coaggregati di

molecole.Malattie da infezione – sono malattie umane sostenute da microrganismi di vario tipo (batteri, miceti, protozoi, virus oparassiti). Si parla di “infestazione” per quadri clinici sostenuti da parassiti che rimangono confinati alla superficie corporea(pidocchi, scabbia) o in cavità chiuse (elminti). Un’infezione origina quando un microrganismo entra in contatto conl’ospite. Dopo l’ingresso del microrganismo c’è un periodo di incubazione, al quale segue ma non necessariamente, lamalattia. Non sempre dopo l’ingresso del microrganismo c’è una malattia clinica. Il fatto che si verifichi o meno la malattiadipende da tanti fattori: ▪ virulenza batterica – dice com’è il batterio (dalle caratteristiche di virulenza batterica, tossicità, invasività…) ▪ condizione dell’ospite – la condizione in cui è l’uomo, in questo casoLa virulenza battericavaria:

I germi a bassa virulenza danno malattia solo se penetrano nell'ospite in grande numero e/o quando c'è una breccia nelle sue barriere difensive. I germi a bassa virulenza sono poco patogeni. Ci vuole un bel inoculo di quel germe e l'ospite è compromesso.

I germi ad elevata virulenza danno malattia in un ospite sano, anche in piccolo numero. I germi ad alta virulenza attaccano l'ospite compromesso ma provocano malattia anche in un ospite sano.

Il fatto che un germe sia virulento spesso non è una situazione vincente. Più un germe è virulento, e più conduce l'ospite a situazioni davvero gravi. Più è virulento un germe, meno gli conviene. Minore è virulento un germe e maggiori sono le possibilità che sia passato tra i vari ospiti e quindi sia stato trasmesso e si sia replicato. Quindi più è virulento, meno possibilità ci sono di trasmissione perché viene

debellato con i farmaci, meno è virulento e più probabilità ci sono di trasmissione (perché sottovalutato e non distrutto). Le condizioni dell'ospite sono importanti nel determinare l'esito di un'infezione. In particolare: - Presenza della PBN - Risposta immunitaria (innata e inducibile) - Fattori generici come: età (gli anziani sono più fragili delle persone di mezza età), malnutrizione (correlata a un sistema immunitario non ben funzionante), scarse condizioni igieniche, malattie metaboliche (diabete), o debilitanti (tumori, trapianti), ambienti affollati, ospedalizzazione. Infezioni endogene ed esogene - la differenza tra un'infezione endogena e un'infezione esogena è che: - Un'infezione endogena si verifica quando il microrganismo causa un quadro clinico proveniente dall'interno. È un microrganismo che abbiamo già e che quindi fa parte della PBN. Tali

Le infezioni derivano da un germe che noi abbiamo, il quale:

• cambia distretto, si sposta (dalla localizzazione abituale si verifica un trasferimento seguito da proliferazione nel nuovo punto)
• prolifera in maniera incontrollata (proliferazione incontrollata nella localizzazione abituale).

Il germe prevale su un equilibrio che prima c'era ma che ora è spezzato. Diventa il germe prevalente. Le infezioni endogene sono frequentissime, molto più frequenti di quelle esogene e non sono contagiose. Un esempio è la cistite, dovuta a un trasferimento di batteri intestinali fecali alle vie urinarie, un altro esempio è l'ascesso.

Un'infezione esogena deriva dall'ingresso dall'esterno di un microrganismo. Le infezioni esogene sono malattie infettive e trasmissibili. In questo caso si parla di vettori e di vie di trasmissione. Si distinguono vettori biologici e vettori ambientali. I vettori biologici sono vettori di vario tipo:

L'uomo - l'uomo può essere un vettore biologico. In particolare si può trattare di individui malati con un'infezione in atto oppure di portatori sani, individui che ospitano un microorganismo ma che non sono malati. Le vie di trasmissione più comuni sono: la