Microbiologia medica e microrganismi commensali

Equilibrio di un ecosistema

Per poter comprendere molti degli studi che sono stati pubblicati e che verranno pubblicati sull'argomento del microbiota commensale, è necessario possedere delle nozioni su come si misura un ecosistema.

Nelle immagini sono riportate due foreste, una foresta amazzonica nel riquadro superiore e una foresta di abeti bianchi nel riquadro inferiore. Questi due ecosistemi hanno dei parametri molto diversi.

Foresta amazzonica

Nella foresta amazzonica vi è un numero molto elevato di specie diverse, in particolare di specie vegetali. Si tratta di un ecosistema sano, in quanto è molto bilanciato e la presenza di specie diverse si traduce in una ridondanza funzionale (specie diverse sono in grado di avere funzioni simili se non identiche). Nel momento in cui qualcosa dovesse colpire una di queste specie, un'altra specie potrebbe crescere e supplire dal punto di vista funzionale alla mancanza della specie danneggiata. Questo conferisce

all'ecosistema della foresta amazzonica una certa resistenza alle patologie. Foresta di abeti bianchi Si tratta di un ecosistema che mostra una bassa diversità di specie. È presente una sola specie chiave, l'abete bianco. Questo significa che, laddove un evento patogeno dovesse colpire l'abete bianco, l'intero ecosistema collasserebbe. Si tratta quindi di un ecosistema che non è bilanciato ed è funzionalmente precario, in quanto le funzioni vitali dell'ecosistema sono mantenute da una poche specie. È pertanto un ecosistema che è più sensibile all'insorgenza di malattie. Di per sé dunque non è un ecosistema malato, ma è sicuramente un ecosistema che è più sensibile alle malattie. Diversità microbica all'interno di un ecosistema La DIVERSITÀ MICROBICA rappresenta un parametro chiave nel misurare la bontà di un ecosistema. Tale diversità viene

Solitamente espressa con due variabili, la ricchezza e l'equità:

• Ricchezza di specie misura quante specie diverse sono presenti in un determinato campione o in un determinato ecosistema.
• Equità di specie misura quanto le diverse specie siano equamente rappresentate nell'ecosistema.

TRE ESEMPI:

1. Si tratta di un ecosistema che viene definito ricco e equo, in quanto sono presenti cinque colori (specie) e ognuno dei cinque colori è rappresentato con tante palline (individui).
2. È un ecosistema ricco, in quanto sono presenti tante palline, ma non è un ecosistema equo, in quanto il nero prevale numericamente su tutti gli altri colori.
3. È un ecosistema che non è né ricco né equo, in quanto presenta un solo colore ed in quantità minore di quello presente negli altri ecosistemi.

La diversità microbica all'interno di un ecosistema viene anche definita attraverso due misure:

• α-Diversity: viene

Misurata attraverso la ricchezza e l'equità. Misura quindi quanto un campione sia ricco ed equo in termini di numero di specie e di numero di individui per ogni specie;

β-Diversity: misura quante specie sono comuni tra due campioni. In ambito medico potremmo, per esempio, misurare quante specie sono comuni in due soggetti prima e dopo un trattamento.

COMUNITÀ MICROBICA INTESTINALE

La comunità microbica, in particolare quella intestinale, tende ad essere stabile nel corso della vita, dall'alimentazione complementare del neonato alla senilità (anzianità).

Si stima che nell'intestino vi siano circa 500-1000 specie batteriche e che ognuno di noi abbia una comunità microbica unica.

Se campionassi diversi soggetti in termini di comunità microbica intestinale, stilando un profilo di ognuno in termini

Genetica dell'ospite - In particolare, laddove microbici e a distanza di vi siano polimorfismi, per esempio a carico del sistema immunitario; cieco (non essendo a conoscenza dei dati) e in che sono in grado di modificare il microbiota in assenza di variabili (quali importanti malattie), sarei molti farmaci possono avere una ripercussione importante sul microbiota, in particolare quello intestinale) dei soggetti.

Età - Abbiamo un microbiota stabile dall'alimentazione complementare alla vecchiaia. Tuttavia, il microbiota cambia in due situazioni: prima dell'introduzione dei cibi solidi (alla nascita) e dopo i 65 anni di età.

Diversità del microbiota

Grafico

Ogni pannello, all'interno del pannello principale, rappresenta un distretto corporeo diverso e ogni istogramma rappresenta un individuo diverso. Il tratto gastrointestinale è evidenziato dal rettangolo rosso. (bacteroidetes),- Nel tratto gastrointestinale si osserva che la quantità di blu di (proteobacteria), (cyanobacteria) giallo di verde e così via, è molto diversa nei vari soggetti.- Le differenze fra gli individui nella composizione del microbiota sono dunque, nel tratto gastrointestinale, più marcate rispetto agli altri distretti corporei.- La maggior parte degli individui presenta alcune specie dominanti che variano però da soggetto a soggetto e a seconda del distretto corporeo.

Invece delle differenti specie microbiche, sono evidenziati i geni codificati da tali specie.- L'alta diversità che era presente prima, in particolar modo per il tratto gastrointestinale, nel pannello inferiore è

fortemente appiattita.- Le diverse specie hanno dunque alta ridondanza funzionale, al fine di garantire le funzioni chiave dell'ecosistema.- La maggior parte delle vie metaboliche microbiche (metaboloma) è invece sostanzialmente simile nei diversi habitat e individui.

Microbioma umano intestinale

Il microbioma umano intestinale, assieme a quello dei diversi distretti, è considerato un secondo genoma, facente parte del genoma del superorganismo.

La maggior parte degli individui condivide:

• un core, in termini di specie, costituito da 50-100 specie a livello dell'intestino;
• un core microbioma, quindi in termini di geni, costituito da circa 6000 geni funzionali.

Nella figura il core è rappresentato in rosso, mentre in azzurro è evidenziata la parte variabile, ovvero quella che definisce l'ecosistema del singolo individuo.

Il microbiota matura con l'età

Nasciamo con un numero estremamente esiguo di microorganismi. Dalla nascita ai 2-3 anni, il

La microbiota aumenta la sua diversità e aumenta la sua stabilità - fattori che intervengono in questo lasso di tempo possono influenzare la composizione del microbiota, in quanto l'ecosistema microbico non è ancora maturo e pertanto modificabile.

L'ecosistema microbico della prima infanzia è paragonabile all'ecosistema diabeti bianchi. Qualsiasi evento che colpisce un ecosistema non stabile e non ridondante dal punto di vista funzionale può avere degli effetti molto più drammatici rispetto a quelli provocati da un evento che colpisce un ecosistema stabile e ridondante.

Gli eventi in grado di modificare il microbiota nel corso del suo sviluppo possono avvenire:

• durante la gestazione -> La dieta materna, l'obesità materna, il diabete, l'eccesso di peso della madre durante la gestazione e la modalità di parto (vaginale o cesareo) sono tutti eventi che possono influenzare il microbiota del nascituro.

durante l'infanzia-> Il tipo di allattamento (in formula o allattamento al seno), l'utilizzo di terapia intensiva durante i primi giorni di vita, l'utilizzo di terapie antibiotiche o di procedure mediche invasive sono tutti eventi che possono modificare il microbiota del bambino. Microbiota della madre in gravidanza Il microbiota cambia durante lo stato di gravidanza. Si verificano cambiamenti del: - microbiota orale; - microbiota del tratto gastrointestinale; - microbiota del tratto vaginale. Dal primo al terzo trimestre il microbiota intestinale cambia in modo molto evidente. - aumento dell'abbondanza di alcuni phyla, come gli actinobatteri (a cui appartengono i bifidobatteri), i proteobatteri (a cui appartengono alcune specie che sono proinfiammatorie e che quindi sono in grado di indurre, o di promuovere il travaglio); - generale riduzione della ricchezza individuale (α diversità). Microbiota placentare Nel 2014, un importante studio ha dimostrato che la placenta ha

Un microbiota residente. Si tratta di un microbiota estremamente ridotto in termini di numero di specie. Risulta intuitivo che, se la placenta ha un proprio microbiota, è impossibile che il feto abbia una vita del tutto sterile all'interno dell'utero. Diversi studi, seguendo tale ipotesi, hanno dimostrato la presenza di un microbiota a livello del liquido amniotico e a livello del meconio, le prime feci del neonato che derivano essenzialmente dall'ingestione del liquido amniotico.

Modalità di parto/allattamento. Nonostante alcune specie, che possiamo identificare come "pionieri", colonizzino in utero il feto, il primo grande evento di colonizzazione avviene alla nascita. A seconda che il parto sia vaginale oppure cesareo i primi organismi che incontrano e colonizzano il neonato possono essere drammaticamente diversi:

• Parto fisiologico (vaginale): sono i microorganismi presenti nel tratto vaginale a colonizzare il neonato;
• Parto cesareo: i primi colonizzatori

rrico microbiota intestinale è l'introduzione dei cibi solidi. Questo avviene solitamente intorno ai 6 mesi di età, quando il sistema digestivo del bambino è sufficientemente sviluppato per digerire e assimilare cibi diversi dal latte materno o dalla formula. L'introduzione dei cibi solidi è un momento cruciale per la diversificazione del microbiota. I nuovi alimenti introdotti forniscono una varietà di nutrienti che favoriscono la crescita di diversi ceppi batterici. Inoltre, i cibi solidi contengono anche fibre, che sono importanti per la salute del microbiota intestinale. Durante questa fase, è consigliabile introdurre gradualmente i cibi solidi, uno alla volta, per permettere al bambino di adattarsi ai nuovi sapori e texture. È anche importante scegliere cibi freschi e nutrienti, evitando cibi troppo elaborati o ricchi di zuccheri aggiunti. In conclusione, sia l'allattamento che l'introduzione dei cibi solidi hanno un impatto significativo sulla formazione del microbiota intestinale del neonato. È importante fornire una dieta equilibrata e varia per favorire la crescita di un microbiota sano e diversificato.