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Il Microbiota: l’insieme dei microrganismi presenti nel nostro corpo

Il microbiota, ovvero l’insieme dei microrganismi che convivono con l’organismo umano senza danneggiarlo, si trova in diverse parti del corpo, ma è più abbondante e diversificato nell’intestino, dove svolge funzioni importanti come la sintesi di vitamine, la protezione da patogeni, il metabolismo di nutrienti e xenobiotici, la regolazione del sistema immunitario e la prevenzione di tumori e allergie. Il microbiota può essere alterato da vari fattori, come la dieta, i farmaci, lo stress, le infezioni e l’inquinamento, causando una condizione di disbiosi che può portare a problemi digestivi, infiammatori, immunitari e neurologici. Sono note correlazioni tra il microbiota e alcune patologie come l’obesità, l’autismo, il cancro del colon-retto e le malattie cardiovascolari. La manipolazione del microbiota può essere una strategia terapeutica per il mantenimento della salute e la cura di alcune malattie.

Con il termine microbiota s’intende l’insieme dei microrganismi simbiontici che convivono con l’organismo umano senza danneggiarlo; si distingue da microbioma ovvero l’insieme del patrimonio genetico e delle interazioni ambientali della totalità dei microrganismi presenti in un ambiente definito. Un essere umano nel suo complesso contiene un numero di microbi circa dieci volte maggiore del numero di cellule del suo stesso organismo, ed includono specie appartenenti a ciascuno dei tre domini (Bacteria, Archaea ed Eukarya). Tra i siti che ospitano la flora batterica troviamo la pelle e le mucose, le vie respiratorie superiori, il tratto intestinale, l’apertura esterna dell’uretra e la vagina, il condotto uditivo esterno e l’occhio esterno.

Il nostro microbiota gode di una certa biodiversità, infatti nella bocca che sulla pelle albergano più di 600 diverse specie di microrganismi mentre nell’intestino esse sono più di 8000.

I fattori che determinano la composizione delle diverse specie nel corpo umano sono numerosi:

  • Nutrizione
  • Genetica
  • Ambiente
  • Variazione con viaggi internazionali in rapporto anche a diverso cibo
  • Scambio di microbi con familiari e animali domestici
  • Uso di antibiotici, integratori o farmaci

Funzioni della microflora batterica

La microflora batterica opera diverse funzioni importanti per il nostro organismo, che le conferiscono la definizione di simbionte. Essa infatti sintetizza ed espelle vitamine essenziali – come la vitamina K e B12 – ed ha un importante ruolo sinergico con il sistema immunitario; in modo diretto protegge la mucosa intestinale dalla colonizzazione da parte di patogeni attraverso una competizione per i siti di attacco ed i nutrienti essenziali, inoltre produce sostanze inibitorie come perossidi e batteriocine; in modo indiretto invece regola l’espressione del sistema immunitario nella mucosa intestinale stimolando la produzione di anticorpi in modo esiguo ma costante, aiutando a prevenire le infezioni.

Altre importanti azioni riguardano il metabolismo degli xenobiotici; il miglioramento della capacità di assorbire sostanze nutritive e la produzione di energia supplementare dagli alimenti altrimenti inaccessibili per l’ospite; l’incremento della resistenza a tumori e neoplasie principali.

Il microbiota intestinale è rappresentato da 10^13 – 10^14 microbi e pesa in totale 1-2kg, rappresentando il 60% del contenuto fecale totale. Si compone di 1000-35000 specie – di cui alcune ancora devono essere identificate – e negli adulti si ritrovano i due phyla dei Firmicutes e Bacteroidetes.

Funzioni del microbiota intestinale:

  • Fermentazione dei carboidrati ed assorbimento;
  • Digestione dell’amido, delle fibre vegetali, della pectina in acidi grassi a catena corta (SCFAs), come acido acetico, acido propionico, acidobutirrico;
  • Digestione di proteine come il collagene e l’elastina;
  • Repressione della crescita microbica patogena mediante la produzione di batteriocine, acido lattico;
  • Prevenzione delle malattie infiammatorie intestinali;
  • Prevenzione di allergie.

La suddivisione del microbiota intestinale nelle diverse regioni anatomiche dell’intestino vede il tratto superiore con un contenuto di 10^2 – 10^4 cellule per millilitro, rappresentati soprattutto da Lactobacilli, Streptococci, ed H. pylori; l’ileo invece contiene 10^6 – 10^12 cellule per millilitro, e si trovano sia anaerobi facoltativi come le Enterobacteriaceae sia anaerobi obbligati come Bacteroides, Veillonella, Fusobacterium and Clostridium species; il colon umano distale è l’ecosistema naturale più biodenso attualmente conosciuto, con un contenuto di microbi pari a 10^10 – 10^12 cellule per millilitro, esso è complesso e comprende la maggior parte della nostra biomassa batterica.

Si tratta di un corredo soggetto ad evoluzione; la prima colonizzazione prevede 4 fasi:

  • Fase 1 – intestino sterile;
  • Fase 2 – acquisizione iniziale durante il parto dalla vagina, dalle feci e dall’ospedale;
  • Fase 3 – l’allattamento al seno produce Bifidobacteria che rappresentano in quel momento più del 90% della flora; l’allattamento artificiale produce Bacteroides e Clostridiales;
  • Fase 4 – la nutrizione solida porta gradualmente alla flora batterica dell’adulto dove rimangono in grande maggioranza Bifidobacteria.

Alcuni fattori che possono influenzarne lo sviluppo sono la dieta, l’età, il sesso oltre a fattori genetici e ambientali.
Lo sviluppo del microbiota infantile causa proprio una differenziazione fra la mucosa intestinale fecale priva di germi e quella del neonato già colonizzato.

Il microbioma dell’adulto presenta un aumento della diversità della flora batterica con l’avanzare dell’età, per cui più del 92% della flora negli adulti è composta da nuove specie non ancora scoperte. Collezioni seriali di campioni di feci dallo stesso adulto hanno individuato una stabilità della composizione batterica che comunque è diversa da persona a persona e ancora non ci sono dati su come possa essere influenzata dalla componente genetica dell’ospite.

Alterazioni della flora batterica e correlazioni patologiche

Danneggiamento della flora batterica

La flora batterica intestinale può essere danneggiata da numerosi fattori:

  • Antibiotici, steroidi o altri farmaci;
  • Stress;
  • Dieta povera;
  • Infezioni;
  • Malattie;
  • Nutrizione artificiale;
  • Età avanzata;
  • Inquinamento;
  • Radiazioni;
  • Alcol;
  • Agenti tossici;
  • Lavori dentali.

Un suo danneggiamento può sfociare in una disbiosi: si tratta di una condizione dove è presente una colonizzazione anormale dell’intestino che si verifica quando i cambiamenti qualitativi e quantitativi della flora diventano patologici e pericolosi. Quando l’equilibrio della flora è disturbato gli effetti ottimali sulla salute vengono persi. Una causa molto comune di disbiosi è un trattamento antibiotico: questi farmaci si occupano di uccidere i barri infettivi ma possono sconvolgere anche la flora naturale, causando tra le altre cose infezioni da lieviti e problemi digestivi.

La flora intestinale è tuttavia responsabile della modificazione degli effetti di alcuni farmaci durante il suo metabolismo e questo può portare ad effetti collaterali tra cui il più comune è il dolore allo stomaco.

Gli effetti dello squilibrio della microflora intestinale sono molteplici: si ha una riduzione della risposta nutrizionale, con disfunzioni fisiologiche e risposta immune deficiente – con suscettibilità alle infezioni – nonché un diffuso disagio fisico. Si può avere anche una riduzione degli effetti dei farmaci ed un invecchiamento accelerato che può portare alla genesi del cancro.

La barriera intestinale si occupa di controllare l’assorbimento e la permeabilità di nutrienti, acqua ed elettroliti, ed è in questo modo responsabile della difesa dai patogeni attraverso una loro esclusione. L’incremento della permeabilità intestinale – causato da numerosi fattori ad esempio lo stress, povere scelte dietetiche, infezioni o patologie sistematiche oppure abbassamento del pH dello stomaco – può essere all’origine di numerosi outcome quali intolleranze al cibo, malnutrizione, disbiosi e sovraccarico tossico. Queste situazioni possono portare ad un’elevata carica batterica totale, tossica ed antigenica che conduce all’esordio di patologie sistematiche.
Numerosi studi suggeriscono che i cambiamenti nelle popolazioni delle comunità microbiche possono essere associati ad importanti malattie croniche ed acute – quali malattie infiammatorie intestinali, obesità, malattie cardiovascolari, eczemi e altre malattie della pelle, infezioni vaginali. Ciò offre l’opportunità di sviluppare nuovi approcci terapeutici come mezzo di mantenimento della salute.

Microbiota e obesità

L’obesità è una condizione medica di accumulo di grasso in eccesso, con effetti negativi sulla salute e sull’aspettativa di vita: aumenta il rischio di insorgenza di patologie cardiovascolari, diabete di tipo 2, apnea ostruttiva del sonno, alcuni tipi di cancro, e osteoartrite. Si tratta di uno dei più gravi problemi di salute pubblica del 21° secolo e nel 2013, l’American Medical Association l’ha classificata come una malattia.

La flora batterica umana differisce da quella dei topi, ma si hanno due grandi divisioni in comune: i Bacterioides ed i Firmicutes. La flora in entrambi gli organismi cambia in relazione alla dieta e all’obesità dell’ospite.

La flora batterica è responsabile dell’aumento della produzione di energia dal cibo, influenzando la produzione di lipidi e di conseguenza delle cellule adipose e sembra influenzare l’apparato locomotore del topo. Esiste pertanto un legame tra obesità e flora intestinale umana (provata prima nel topo); tutti i soggetti indipendentemente dalla dieta hanno una maggioranza di Bacteroidetes e meno Firmicutes, ma questi ultimi si trovano in maggiore quantità nei soggetti obesi.

Enterotipi ed influenza sulla dieta:

  • Prevotella – è correlato ad una dieta ricca in carboidrati e zuccheri semplici, tipica si società agricole;
  • Bacteroides – è correlato a diete ricche in proteine animali, aminoacidi ed acidi grassi saturi;
  • Ruminococcus – è prevalente è soggetti che consumano alcol ed acidi grassi polinsaturi.

Flora intestinale e cervello

L’intestino è l’unico organo che può vantare un personale sistema nervoso autonomo composto da un’intricata rete di 100 milioni di neuroni incorporati nella parete dell’organo stesso. La tensione emotiva può alterare la microflora e si è dimostrato vero anche il fenomeno contrario, ovvero che la modificazione della flora batterica può favorire lo sviluppo di infiammazione con ripercussioni a carico del sistema nervoso.

Il microbioma intestinale comunica con il cervello in 3 modi:

  • Direttamente attraverso il nervo vago, che collega la rete di nervi dello stomaco al cervello;
  • Attraverso le cellule immunitarie circolanti che sono innescato nell’intestino e si dirigono verso il cervello;
  • Attraverso i metaboliti prodotti da microbi nell’intestino che circolano fino al cervello – il Bifidobacterio spp ad esempio può aumentare la concentrazione di triptofano (precursore della serotonina) nel plasma sanguigno, e fungere così da antidepressivo.

Microbiota ed autismo

L’autismo è un grave disturbo funzionale del sistema nervoso centrale che compare precocemente nel bambino alterando il suo sviluppo ed il processo di crescita.

I bambini autistici hanno meno tipi di batteri intestinali e mostrano minori quantità di tre batteri critici: Prevotella spp, Coprococcus spp e Veillonellaceae. Questi tre gruppi di batteri rappresentano i ceppi importanti dei degradatori di carboidrati e microbi fermentori.

Microbiota, infiammazione e risposta immunitaria

L’infiammazione è parte della risposta biologica complessa dei tessuti vascolari a stimoli nocivi quali ad esempio agenti patogeni o cellule danneggiate; i segni classici di infiammazione acuta sono dolore, calore, rossore, gonfiore e perdita di funzione. Si tratta di un tentativo di protezione da parte dell’organismo al fine di eliminare gli stimoli nocivi e avviare il processo di guarigione.

Una funzione importante del microbiota è il suo ruolo nella maturazione del sistema immunitario e nella protezione contro alcuni agenti infettivi. È anche noto che, soprattutto nelle prime fasi di vita, il microbiota educa il nostro sistema immunitario a convivere con i batteri sia innocui che nocivi e gli insegna come stabilire tra le due diverse flore commensali un equilibrio che caratterizza un intestino sano; qualunque microbiota è composta sia da batteri innocui simbiontici che da potenziali patogeni chiamati anche patobionti.

Microbiota e cancro

Il microbiota cambia notevolmente in presenza o in assenza di tumori, e dal momento che questi cambiamenti sono visibili molto prima della manifestazione clinica della malattia, la sua analisi può essere utile per l’effettuazione di una diagnosi precoce. La presenza di una particolare comunità di microrganismi potrebbe anche dare indicazioni sulla prognosi e aiutare a capire se la malattia avrà un decorso più o meno aggressivo o se il paziente risponderà al trattamento.

Il cancro del colon-retto (CRC) è il secondo tumore più frequente in Italia e rappresenta il 13% di tutti i tumori diagnosticati. Fattori di rischio sono la familiarità, l’alimentazione, il fumo e l’alcool, l’obesità e la sedentarietà, ma anche varie condizioni genetiche – poliposi adenomatosa familiare e la Sindrome di Lynch – o patologie quali la malattia di Crohn e la rettocolite ulcerosa. Un’ulteriore ipotesi eziopatogenetica piuttosto recente coinvolge il microbiota intestinale, ovvero l’instaurarsi di una disbiosi intestinale e conseguente alterazione della risposta immune.

Il ruolo del microbioma nella prevenzione della carcinogenesi coinvolgono gli SCFA ed in particolare il butirrato che si forma dalla fermentazione batterica intestinale: si tratta di nutrienti per la barriera intestinale che possono giocare un ruolo importante per la prevenzione della carcinogenesi. Tra questi troviamo il butirrato che nelle cellule del colon protegge contro l’inizio della differenziazione cancerosa inibendo la proliferazione cellulare e l’angiogenesi ed inducendo l’apoptosi. Il suo meccanismo di azione riguarda l’inibizione della deacetilasi dell’istone HDAC, trattasi anche di uno degli approcci terapeutici usati.

La disbiosi al contrario favorisce la produzione di metaboliti carcinogenetici e questo associato al processo infiammatorio cronico intestinale aumenta il rischio di sviluppare questa forma di tumore.

Conclusioni

La flora intestinale con i suoi geni e sottoprodotti influenza l’attività metabolica del nostro organismo, il peso, l’immunità, la salute e la malattia.

La manipolazione della flora intestinale può essere una parte integrante dei programmi di perdita di peso e di diversi trattamenti di malattia in futuro.
Si auspica una migliore comprensione delle dinamiche del trasferimento del microbiota da madre a figlio e dell’influenza della nutrizione infantile sullo sviluppo della flora intestinale, dell’ecologia dello sviluppo, della funzione e della resilienza del microbiota durante l’infanzia – conoscenza che saranno importanti anche per mappare l’impatto dell’uso di antibiotici nella fase iniziale della vita. È necessaria una conoscenza più approfondita per ciò che riguarda il modo in cui le variazioni del microbiota influenzano il metabolismo, la biodisponibilità e la tossicità dei farmaci, con ripercussioni per l’assistenza sanitaria personalizzata.

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