I ricercatori del Cedars-Sinai hanno identificato variazioni significative nel microbioma intestinale che sono fortemente associati a vari pesi corporei, da un normale indice di massa corporea, o BMI, all’obesità.
L’importanza del microbioma intestinale
Il microbioma intestinale comprende batteri, funghi e virus che popolano il tratto gastrointestinale umano. Squilibri in queste popolazioni microbiche sono stati precedentemente osservati nei campioni di feci di pazienti con malattie legate all’obesità . Secondo i ricercatori, questo è il primo studio ad esaminare completamente il microbioma dell’intestino tenue nei soggetti normopeso, sovrappeso e obesi.
“Utilizzando tecniche specializzate, abbiamo fatto un’immersione più profonda nell’universo microbico e abbiamo scoperto che il microbioma intestinale dell’intestino tenue era significativamente, e specificamente, alterato nei partecipanti in sovrappeso o obesi, rispetto a quelli di peso normale.
“Alcuni di questi cambiamenti sono stati progressivi, passando dal peso normale al sovrappeso fino all’obesità”, ha detto l’endocrinologo Ruchi Mathur, MD, professore di medicina al Cedars-Sinai e autore corrispondente dello studio pubblicato sull’American Journal of Gastroenterology.
“Molte funzioni legate al metabolismo alimentare e all’assorbimento dei nutrienti convergono nell’intestino tenue, così come molte funzioni endocrine e immunitarie che possono influenzare l’ aumento di peso .
Riteniamo che i cambiamenti negli equilibri delle popolazioni microbiche del microbioma intestinale dell’intestino tenue possano avere un impatto maggiore sull’aumento di peso e lo sviluppo dell’obesità rispetto a quanto precedentemente previsto”, ha affermato Mathur, anche direttore del Centro di formazione per l’insegnamento ambulatoriale del diabete.
Utilizzando campioni ottenuti da esofagogastroduodenoscopie, campioni di sangue e questionari dei pazienti, i ricercatori hanno esaminato i microbioma intestinale di 214 pazienti stratificati in base all’indice di massa corporea. I partecipanti allo studio sono stati classificati secondo le linee guida dei Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC): i soggetti di peso normale avevano un BMI compreso tra 18,5 e 24,9, gli individui in sovrappeso un BMI compreso tra 25 e 29,9 e quelli classificati come obesi con un BMI pari a 30 o superiore.
In tutti e tre i gruppi sono state analizzate le popolazioni del microbioma intestinale del duodeno, la prima parte dell’intestino tenue dove inizia l’assorbimento della nutrizione. Il sequenziamento metagenomico shotgun è stato utilizzato per ottenere una valutazione completa di tutti gli organismi presenti.
“Una scoperta chiave è stata che una popolazione batterica, Lactobacillus, nel duodeno mostrava associazioni diverse e altamente specie-specifiche in soggetti classificati come sovrappeso o obesi. Questi cambiamenti nel microbioma intestinale legati all’aumento di peso possono essere di particolare importanza perché molte persone consumano regolarmente Lactobacillus -prodotti contenenti, compresi alimenti a base di latticini, probiotici e alcuni piatti vegani come il tempeh fermentato,” ha affermato Gabriela Leite, Ph.D., autrice principale dello studio e scienziata capo del progetto per la scienza e tecnologia medicalmente associata del Cedars-Sinai ( MAST) Programma.
Secondo il CDC, circa 182 milioni di adulti negli Stati Uniti sono in sovrappeso o obesi. Il numero globale supera 1 miliardo. Le cause sono multifattoriali e associate a gravi problemi di salute, tra cui malattie cardiovascolari, sindrome metabolica e diabete di tipo 2. La genetica, l’epigenetica, gli ormoni intestinali e il microbioma intestinale sono coinvolti nella patofisiologia dell’obesità, che può anche essere influenzata da fattori socioeconomici e psicosociali.
I ricercatori ritengono che la comprensione delle influenze e dell’attività del microbioma intestinale che popola il nostro microbioma dell’intestino tenue possa offrire un percorso importante per migliorare la salute e la vita di milioni di persone.
“Identificare i cambiamenti nelle popolazioni e nell’attività delle specie microbiche dell’intestino tenue associate al sovrappeso o all’obesità è parte di un’iniziativa chiave per sviluppare nuovi bersagli terapeutici e personalizzare la medicina”, ha affermato il gastroenterologo e coautore dello studio Mark Pimentel, MD, direttore esecutivo del programma MAST di Cedars-Sinai.
“Saranno necessarie ulteriori ricerche per identificare le relazioni di causa-effetto tra i cambiamenti che abbiamo osservato, ma l’obiettivo è sviluppare trattamenti e interventi che aiutino le persone a ridurre il rischio di malattie legate all’obesità e a migliorare la loro salute generale”, ha affermato Pimentel.
L’età e l’invecchiamento hanno effetti critici sul microbioma intestinale
I ricercatori del Cedars-Sinai hanno scoperto che l’invecchiamento produce cambiamenti significativi nel microbioma intestinale umano distinti da quelli causati dai farmaci o dal carico di malattie. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cell Reports.
“Evidenziando i cambiamenti microbici che si verificano nell’intestino tenue con l’età, l’uso di farmaci e le malattie, speriamo di identificare componenti unici della comunità microbica da indirizzare per terapie e interventi che potrebbero promuovere un invecchiamento sano”, ha affermato Ruchi Mathur, MD, il ricercatore principale dello studio.
Secondo Mathur, la ricerca che esplora il microbioma intestinale e il suo impatto sulla salute si è basata prevalentemente su campioni fecali, che non rappresentano l’intero intestino. Nel loro studio, i ricercatori del programma MAST (Medically Associated Science and Technology) del Cedars-Sinai hanno analizzato campioni dell’intestino tenue – che è lungo più di 20 piedi e ha la superficie di un campo da tennis – per esaminare il microbioma e la sua relazione con l’invecchiamento.
“Questo studio è il primo nel suo genere ad esaminare la composizione microbica dell’intestino tenue di soggetti di età compresa tra 18 e 80 anni. Ora sappiamo che alcune popolazioni microbiche sono maggiormente influenzate dai farmaci, mentre altre sono maggiormente colpite da alcune malattie. Noi hanno identificato microbi specifici che sembrano essere influenzati solo dall’età cronologica della persona,” ha detto Mathur, endocrinologo e direttore del Diabetes Outpatient Treatment & Education Center.
Il 21° secolo è stato definito “l’era del microbioma intestinale ” poiché gli scienziati prestano particolare attenzione al ruolo che trilioni di batteri , funghi e virus intestinali possono svolgere nella salute e nelle malattie umane . Il microbioma è il nome dato ai geni che vivono in queste cellule. Gli studi hanno suggerito che i disturbi nelle costellazioni dell’universo microbico possono portare a malattie critiche, tra cui malattie gastroenterologiche, diabete, obesità e alcuni disturbi neurologici.
Mentre i ricercatori sanno che la diversità microbica nelle feci diminuisce con l’età, i ricercatori del Cedars-Sinai hanno identificato batteri nell’intestino tenue che chiamano “disturbatori” che aumentano e potrebbero essere fastidiosi.
“I coliformi sono normali residenti dell’intestino. Abbiamo scoperto che quando questi microbi a forma di bastoncello diventano troppo abbondanti nell’intestino tenue, come succede quando invecchiamo, esercitano un’influenza negativa sul resto della popolazione microbica. Sono come erbacce in un giardino”, ha detto la coautrice dello studio Gabriela Leite, Ph.D.
I ricercatori hanno anche scoperto che quando le persone invecchiano, i batteri nell’intestino tenue cambiano da microbi che preferiscono l’ossigeno a quelli che possono sopravvivere con meno ossigeno, qualcosa che sperano di capire man mano che la ricerca sul microbioma intestinale continua.
“Il nostro obiettivo è identificare e rilevare i modelli microbici dell’intestino tenue della salute e delle malattie umane. Dato l’importante ruolo svolto dall’intestino tenue nell’assorbimento dei nutrienti, i cambiamenti nel microbioma in questa posizione dell’intestino potrebbero avere un impatto maggiore sulla salute umana”. , e merita ulteriori studi”, ha affermato Mark Pimentel, MD, direttore del programma MAST e coautore dello studio.
Questa ricerca fa parte dello studio REIMAGINE in corso del Cedars-Sinai: Revealing the Whole Intestinal Microbiota and its Associations with the Genetic, Immunologic, and Neuroendocrine Ecosystem.
Gli antibiotici influenzano in modo diverso i microbiomi intestinali maschili e femminili
In un ulteriore studio, i ricercatori del Cedars-Sinai hanno scoperto che gli antibiotici hanno effetti specifici del sesso sulla composizione del microbioma intestinale dei ratti da laboratorio maschi e femmine.
I risultati, pubblicati sulla rivista Frontiers in Microbiology , potrebbero avere implicazioni per l’uso dei farmaci negli esseri umani per trattare o prevenire le infezioni batteriche.
“Abbiamo scoperto che somministrare ai ratti un cocktail antibiotico multifarmaco ha prodotto cambiamenti significativi e sesso-specifici sia nelle feci, o nell’intestino crasso , che nell’intestino tenue. Ad esempio, una maggiore perdita della diversità dei microbi sia nelle feci che nell’intestino tenue”. è stato osservato nei roditori maschi rispetto alle femmine”, ha affermato Ruchi Mathur, MD, il ricercatore principale dello studio.
“I cambiamenti nella diversità del microbioma intestinale potrebbero avere un impatto negativo. Precedenti studi sulla salute intestinale hanno dimostrato che la diversità microbica complessiva promuove vitalità e resilienza, spesso contribuendo a un intestino più sano”, ha affermato Mathur, un endocrinologo.
Nello studio controllato, i ricercatori del programma Cedars-Sinai Medically Associated Science and Technology (MAST) hanno confrontato la composizione dei microbi intestinali dei ratti maschi e femmine prima, durante e dopo il trattamento con antibiotici ad ampio spettro , tra cui vancomicina, ampicillina, metronidazolo e neomicina.
“Abbiamo seguito i ratti per un periodo dopo la sospensione degli antibiotici e abbiamo scoperto che molti dei cambiamenti sesso-specifici osservati durante il trattamento rimanevano. La costellazione di microbi nell’intestino non è tornata alla loro composizione originale pre-antibiotica in entrambi i sessi. durante tutta la durata dello studio”, ha affermato il ricercatore associato Gonzalo Parodi, primo autore dell’articolo.
Alcuni studi hanno identificato effetti specifici del sesso degli antibiotici sul microbioma dell’intestino crasso (feci) nei topi. Ma i ricercatori del Cedars-Sinai sottolineano che questo è il primo studio a esaminare anche i cambiamenti nel microbioma dell’intestino tenue indotti dagli antibiotici e a utilizzare anche ratti maschi e femmine che non presentavano differenze significative nella composizione del microbioma prima del trattamento.
“È difficile individuare l’impatto dei farmaci se i microbiomi intestinali degli animali da laboratorio sono diversi fin dall’inizio. Abbiamo usato ratti con profili intestinali simili appena usciti dal cancello. Questo ci ha permesso di individuare i cambiamenti nei microbiomi del maschio e ratti femmine che potrebbero essere attribuiti specificamente all’impatto degli antibiotici durante e dopo l’esposizione ai medicinali,” ha affermato Mark Pimentel, MD, direttore del programma MAST e coautore dello studio.
Sono necessari ulteriori studi utilizzando diverse combinazioni di antibiotici e tempi di esposizione. Gli investigatori affermano che se questi risultati fossero veri per gli esseri umani, la ricerca potrebbe avere implicazioni sul modo in cui vengono prescritti gli antibiotici.
“Il sesso è una variabile biologica e, come ogni variabile, deve essere presa in considerazione nella ricerca medica e di base. Attualmente, quando somministramo i farmaci ai pazienti, consideriamo fattori come la funzionalità renale e il peso. A seconda dei risultati di ulteriori ricerche, in particolare negli esseri umani, il sesso dei pazienti potrebbe un giorno essere una considerazione importante quando si prescrivono antibiotici”, ha affermato Mathur.
