Il microbiota
Il microbiota umano comprende l’insieme di microorganismi simbionti che vivono con il nostro organismo, senza danneggiarlo. Che ci piaccia o no, il numero di cellule microbiche (batteri, funghi, archeobatteri e protozoi) che ci portiamo dentro è lo stesso (o 10 volte di più!) delle cellule eucariote che ci compongono [1], per un totale di circa 0,2 Kg. Il microbiota intestinale, ovvero l’insieme di microorganismi che colonizzano il nostro intestino (10^12 batteri per grammo di materiale intestinale), comprende più di 1000 specie [2]. In passato questi microorganismi venivano identificati con il termine “flora batterica intestinale”. In realtà, dal momento che “flora” indica un insieme di tipo vegetale, e “intestinale” è troppo limitativo, in quanto i batteri sono presenti anche a livello della bocca e dello stomaco, oggi si preferisce utilizzare il termine “microbiota” in generale. I phyla più rappresentativi nell’uomo sono Bacteroidetes e Firmicutes, che costituiscono circa il 90% del microbiota [3, 4].
Il microbiota è presente in tutto il tratto gastrointestinale
Sebbene si dia sempre molta importanza al microbiota intestinale, poiché è in questa sede che avvengono le maggiori interazioni tra cellule umane ed ospiti, la presenza di microorganismi si estende per tutto il tratto gastrointestinale, a partire dalla bocca, dove ritroviamo batteri che sono per lo più anaerobi. Nello stomaco, a causa del basso pH, ce ne sono pochissimi, e sono ovviamente acidofili (come Lactobacillus e Streptococcus). A livello intestinale ritroviamo un mix di aerobi e anaerobi. Questi ultimi prevalgono nell’ileo e nell’intestino crasso, dove vivono Bacteroides, Lactobacillus, Clostridia. Nel crasso sono presenti anche Bifidobacteria, Metanogeni, Eubatteri e Streptococchi.
Nel complesso, gli anaerobi prevalgono di circa 10 volte sugli aerobi, sebbene le condizioni di crescita come pH, dieta, farmaci (gli antibiotici per esempio) possano influire su questo rapporto.
Di cosa si nutrono i batteri presenti nel nostro intestino?
I batteri intestinali ricavano i loro substrati energetici a partire dal materiale non digerito (come ad esempio le fibre e l’amido resistente) o dal cibo non assorbito (amido non idrolizzato, proteine, grassi) [5], che prendono il nome di prebiotico. Alcuni batteri metabolizzano anche le glicoproteine che formano il muco gastrointestinale. Le fibre che vengono fermentate sono solitamente quelle solubili, come fruttani, glucani, gomme, pectine, alcuni tipi di emicellulosa, mentre quelle insolubili, come lignina, cellulosa, chitine vengono utilizzate poco dal microbiota. Le fibre fermentabili rivestono una grande importanza nella nostra alimentazione, dal momento che sequestrano gli acidi biliari, promuovendo così la diminuzione del colesterolo plasmatico (vedi quest'articolo). Le fibre non fermentabili, invece, sono in grado di legare le sostanze cancerogene (come le nitrosammine) e aumentare la velocità di transito intestinale, limitando il contatto tra intestino e tossine.
La fermentazione delle fibre da parte del microbiota intestinale porta alla produzione di acidi grassi a corta catena (acetico, butirrico, propionico), che nutrono gli enterociti (le cellule del nostro intestino) e supportano le loro funzioni. L’acido butirrico (butirrato), ad esempio, è in grado di stimolare alcuni recettori presenti sulla superficie endoteliale, negli adipociti e nelle cellule immunitarie, che sono GPR41 e GPR109A. Il primo incrementa il dispendio energetico ed aumenta la sintesi di leptina, favorendo la diminuzione della quantità di cibo che introduciamo [6, 7]; il secondo inibisce la lipolisi negli adipociti, riducendo il rischio aterogeno. Il butirrato, inoltre, tramite l’inibizione della deacetilazione degli istoni ed il risultante aumento della trascrizione, induce l’espressione del peptide YY, una molecola intestinale che inibisce il senso della fame, [8, 9]. Alcuni studi hanno concluso che il rapporto acido propionico/butirrico risulta essere maggiore nei pazienti affetti da colon irritabile rispetto alla popolazione sana [10]. Sembrerebbe che gli acidi grassi a corta catena abbiano anche proprietà antitumorali, assieme al fatto che un buon apporto di fibra mantiene un pH ottimale, consentendo la proliferazione di batteri buoni a discapito di altri nocivi e cancerogeni, e che forniscano un buono stimolo al sistema immunitario.
Oltre agli acidi grassi a corta catena, i batteri intestinali simbionti producono anche le vitamine A, B, D e K, che vengono assorbite dal nostro intestino [11, 12], e veicolano i composti polifenolici di frutta, caffè, verdura, vino rosso alle cellule intestinali, con tutti i benefici che ne possono trarre.
I batteri anaerobi possono fermentare anche altri zuccheri come il lattosio e l’alcool. La fermentazione degli zuccheri è stata associata ad alcune sindromi come la sindrome dell’intestino irritabile. I gas prodotti dai batteri (come CH4 CO2 H2) non utilizzati vengono espulsi. Questo meccanismo fisiologico è stato sfruttato per mettere a punto alcuni test, come quello per l’intolleranza lattosio. In questo contesto, l’H2 che si forma in seguito all’alterata digestione del lattosio viene assorbito e successivamente escreto con la respirazione.
I batteri sono anche in grado di produrre ammoniaca metabolizzando gli aminoacidi. Questa viene riassorbita ed arrivando al fegato viene trasformata in altri aminoacidi o in urea (prodotta per espellere ammoniaca). Per questa ragione le persone con problemi epatici non devono seguire diete iperproteiche, pena il possibile sviluppo di encefalopatie epatiche e coma.
La dieta influenza molto la composizione del microbiota e favorisce la crescita di alcune specie batteriche a scapito di altre. Una dieta ricca in fibre, per esempio, favorisce lo sviluppo di molte specie batteriche in grado di metabolizzarle, che inizieranno a prevalere sulle altre. Una dieta troppo ricca in proteine, invece, favorisce la produzione di metaboliti tossici da parte del microbiota intestinale.
Una buona composizione del microbiota intestinale impedisce la colonizzazione di tale organo da parte di microorganismi potenzialmente pericolosi per l’ospite, come E. Coli, Salmonella, Listeria Monocitogenes, Clostridium difficile.
Microbiota e patologie
Alcuni credono che certi batteri possano innescare delle reazioni autoimmuni contro le cellule intestinali che portano alla comparsa di alcune patologie come Morbo di Crohn, perdita peso, vomito, diarrea anche sanguinolenta, infiammazione cronica, stenosi.
La ricerca scientifica ha dimostrato che la disbiosi, ovvero la variazione del rapporto tra le varie specie batteriche, è effettivamente correlata a varie patologie, che vanno dalla difficoltà digestiva all’obesità, al diabete, alle patologie infiammatorie intestinali (Crohn e colite ulcerosa), alle patologie cardiovascolari e neurologiche, al cancro colon-rettale [13, 14, 15].
Microbiota, Alzheimer e Parkinson
Per esempio nelle patologie come l’Alzheimer i sintomi possono essere alleviati seguendo alcuni protocolli di dieta chetogenica, che sembrerebbero favorire l’aumento di specie come Akkermansia e Parabacterioides a livello intestinale, e di GABA come neurotrasmettitore [16, 17]. Le specie Lactobacillus e Bacillus sono in grado di produrre acetilcolina, un neurotrasmettitore carente nei neuroni dei pazienti affetti da Alzheimer.
I pazienti affetti dal morbo di Parkinson presentano invece una sovracrescita batterica, soprattutto per quanto riguarda i batteri coliformi [18], mentre possiedono pochi batteri producenti butirrato come Blautia, Coprococcus e Roseburia [19]. Vi è inoltre una diminuzione di Prevotella, specie che induce la produzione di GABA, ed un aumento di Enterobacteriaceae. Poiché la patologia è correlata alle malattie infiammatorie intestinali (Crohn, colite ulcerosa), la modifica del microbiota potrebbe innescare dei meccanismi di neuroinfiammazione [20].
Microbiota ed obesità
L’interesse per il microbiota aumentò esponenzialmente quando si osservò per la prima volta che i topi privati dei loro batteri intestinali accumulavano meno peso. Il trapianto di microbiota era infatti sufficiente a far ingrassare topi geneticamente magri [21, 22]. Lo scopo di altri esperimenti fu quello di trapiantare il microbiota di soggetti umani obesi in topi privi di batteri intestinali, con il risultato della generazione di topi obesi [23]. Sembrerebbe dunque esserci una forte correlazione tra microbiota ed obesità, confermato da molti studi [24, 25].
Ma quali sono i ceppi imputati dell’aumento di peso? Uno studio ha dimostrato che in generale i soggetti obesi possiedono un microbiota in cui abbondano i Firmicutes, mentre vi è una ridotta quantità di Bacteroidetes. L’eccessiva presenza di Firmicutes causa infatti l’aumento dell’assorbimento di Kcal dai cibi [22], e la minor variabilità di specie intestinali che ne deriva comporta in questi soggetti una maggior infiammazione, insulino-resistenza, adiposità e dislipidemia [25]. Inoltre, alcune specie batteriche aumentano la produzione di acidi grassi a catena corta, che vengono assorbiti causando l’aumento di peso [26, 27, 28].
L’alimentazione ipocalorica è invece in grado di condurre ad una ricomposizione del microbiota, aumentandone la diversità [29] e favorendo la proliferazione di ceppi come Akkermansia, Lactobacillus, Faecalibacterium, Bifidobacterium, prevalenti in soggetti con fenotipo magro.
A tal proposito è stato anche osservato come in alcuni pazienti l’introduzione di dolcificanti artificiali comporti la modifica della composizione del microbiota, con il rischio di contrarre patologie metaboliche [30, 31].
L’utilizzo di antibiotici in tenera età, inoltre, porta alla distruzione dell’ecosistema del microbiota intestinale, è stato correlato alla maggior probabilità di sviluppare un fenotipo obeso da adulti [32, 33].
Microbiota e diabete
Alcuni studi hanno dimostrato che i pazienti affetti da diabete mellito di tipo 2 trovano giovamento con l’integrazione di amido, destrine resistenti, inulina e fibre [34]. Il consumo di fibre, infatti, rallenta l’assorbimento di glucosio ed asseconda il controllo glicemico, oltre a quello della colesterolemia, proteggendo dalle patologie cardiovascolari. A livello intestinale queste vengono degradate dai batteri, aumentandone la biodiversità, come descritto precedentemente. La generazione di acidi grassi a corta catena da parte di questi riduce l’introduzione di ulteriori calorie.
Nei diabetici si riscontra una diminuzione dei batteri producenti butirrato ed un aumento degli opportunisti patogeni, come evidenziato da una metanalisi effettuata su 345 soggetti cinesi [35]. Anche l’azione dei farmaci si ripercuote sul microbiota; l’utilizzo della metformina, un farmaco utilizzato soprattutto nel diabete mellito di tipo 2 per aumentare la sensibilità all’insulina, comporta l’aumento di ceppi correlati ad un miglioramento dell’insulino-resistenza, come Lactobacillus, B. Adolescentis e Prevotella, mentre vi è un decremento di E. Coli, che colonizza più facilmente l’intestino dei pazienti diabetici [36].
Microbiota ed ateroscerosi
La biodiversità microbiotica, essendo correlata all’aumento della quantità di HDL plasmatiche e alla diminuzione di trigliceridi e BMI (indice di massa corporea), protegge dalle patologie cardiovascolari [37, 38]. Difficile è invece correlare il microbiota alle variazioni delle quantità di LDL.
L’aterogenesi, pur dipendendo da altri fattori come lo stile di vita, l’aumento dei trigliceridi e del colesterolo LDL, è correlata anche ad un metabolita chiamato TMAO (trimetilamina-N-ossido), che è un prodotto del metabolismo della colina, di cui sono ricchi le uova, le carne, il pesce, i formaggi, e della L-carnitina, presente nello stesso tipo di alimenti ed utilizzata molto spesso come integratore alimentare per migliorare la lipolisi. Il microbiota degli onnivori, comparandoli ai vegetariani, presenta una diminuzione della specie Prevotella ed un maggior rapporto Firmucutes/Bacteroidetes [39] e produce un quantitativo di TMAO 20 superiore di quello dei vegetariani [40, 41].
Microbiota ed intestino irritabile
I protocolli per alleviare i sintomi dell’intestino irritabile si basano sull’esclusione per 2-6 settimane di alcuni alimenti contenenti FODMAP (Fermentable Oligo-Di-Monosaccarides And Polyols), ovvero carboidrati a breve-media catena come fruttosio (abbondante in alcuni tipi di frutta e nel miele), lattosio, fruttani (presenti in alcune verdure) e galattani (galattosani), e polioli (carboidrati con gruppi alcolici, presenti in certa frutta come pesche, mele, pere, angurie, e nelle gomme da masticare. Sono riconoscibili dalla desinenza -olo alla fine del loro nome; xilitolo, mannitolo, sorbitolo).
L’eliminazione di molti alimenti, tra cui alcuni tipi di frutta, verdura, legumi comporta però l’alterazione del microbiota, la cui diversità si assottiglia, con tutte le conseguenze svantaggiose che abbiamo visto finora. In particolare, viene ridotta la popolazione di Bifidobacteria ed aumentato il rapporto Firmicutes/Batterioidi [42, 43]. Questa sindrome potrebbe quindi migliorare con il supplemento di probiotici contenenti ceppi di Bifidobatteri, come dimostrato in alcuni studi [44, 45]. Le infiammazioni intestinali possono essere alleviate da alcuni probiotici quali Lattobacillus e gli stessi Bifidobacterium, che aumentando la mobilità intestinale sono utili anche in caso di costipazione (stitichezza) [46, 47, 48, 49]. Queste specie risultano ridotte nei grandi consumatori di alcol e nei grandi obesi la cui dieta è alta in lipidi [50, 51].
Microbiota ed infiammazione
L’infiammazione, correlata a molte patologie ed all’obesità, può essere modulata dal microbiota. La fermentazione delle fibre da parte di questo promuove la produzione di acidi grassi, attenuando la risposta infiammatoria sia a livello intestinale sia a livello sistemico in modelli murini [52, 53, 54, 55]. Bilophila wadsworthia, al contrario, aumenta l’infiammazione intestinale e prolifera quando i topi seguono una dieta ad alto contenuto di grassi saturi [56].
Microbiota e dieta chetogenica
La dieta chetogenica è un approccio sovente utilizzato al fine di eliminare i chili di troppo e di migliorare i parametri ematici in tempi ridotti [57, 58]. Nelle diete chetogeniche più restrittive, dove l’apporto di carboidrati viene ridotto a 30-50 grammi giornalieri, si limitano moltissimi tipi di frutta, verdura e tutti i tipi di cereali e legumi. Questo approccio può portare a stipsi e ad una minor biodiversità microbiotica.
Microbiota ed additivi alimentari
Anche gli additivi alimentari sono in grado di influenzare la composizione del microbiota. Tra questi gli emulsionanti polisorbato 80 (P-80) e carbossimetilcellulosa (CMC), quando somministrati per lunghi tempi, promuovono l’infiammazione intestinale nei topi, con la modifica del microbiota e il maggior rischio di sviluppare il cancro colon-rettale [59]. Questi emulsionanti sono anche correlati allo sviluppo di sindrome metabolica nei topi [60].
Anche le maltodestrine, spesso utilizzate come addensante, provocano disbiosi. Esse favoriscono la crescita di patogeni intestinali, specialmente in pazienti affetti da morbo di Crohn [61, 62].
Il dito è stato puntato anche contro i dolcificanti artificiali non calorici. Sebbene essi non facciano ingrassare in modo diretto perché, come dice il nome, non apportano calorie, alcuni studi hanno dimostrato che causano insulino-resisitenza e disbiosi sia nei topi sia nell’uomo [63]. La disbiosi, come visto sopra, può portare all’aumento di peso.
Anche l’ossido di titanio (TiO2), utilizzato come colorante alimentare, è in grado di indurre infiammazione intestinale con conseguente possibile sviluppo di cancro del colon [64]. L’induzione di disbiosi da parte di questo composto si traduce nella riduzione di Bifidobacterium e Lactobacillus [65], assieme all’alterata produzione di acidi grassi a corta catena da parte del microbiota e all’aumentata produzione di TMA [66].
E’ stato dimostrato che anche le particelle d’argento ed altri anti-microbici utilizzati in dentifrici, cosmetici e giocattoli causano disbiosi e patologie infiammatorie intestinali con possibile aumento del rischio cancerogeno [67, 68].
Sebbene gli additivi alimentari siano sempre più utilizzati e vi siano molte prove che sono nocivi per alcuni modelli animali, sono necessari ulteriori studi per dimostrare la loro tossicità sull’uomo. Inoltre, negli esperimenti vengono spesso utilizzati in dosi elevate, per cui ad oggi i livelli presenti nei cibi non devono destare eccessive preoccupazioni.
Conclusioni
Ulteriori studi chiariranno se sia l’alterazione del microbiota a causare o favorire l’insorgere della patologia, oppure se esso si alteri in seguito allo sviluppo della malattia. Una più profonda comprensione del funzionamento del microbiota, inoltre, potrà permettere la formulazione mirata e personalizzata di probiotici e prebiotici in grado di opporsi a disbiosi associate a patologie, oltre all’introduzione di tecniche alimentari patologia-mirate.