Probiotici e Microbiota intestinale
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ORESTE CANNIZZARO
Meeting Service Editore
Titolo originale: I Probiotici ed il Microbiota intestinale
© Meeting Service EDITORE - Febbraio 2015
Villa San Giovanni (RC)
Autore : Oreste Cannizzaro
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© Meeting Service EDITORE - Febbraio 2015
ISBN Ebook 9788899292010
i
CAPITOLO 1
La Flora batterica
Intestinale
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SEZIONE 1
Caratteristiche e Funzioni
Caratteristiche e Funzioni
Nel corso dell’evoluzione delle specie viventi, molti organismi eucarioti, dai più semplici ai
più complessi, hanno sviluppato una relazione simbiotica con i procarioti, cioè con gli agenti
microbici che per definizione sono appunto costituiti da cellule procariotiche (Fig.1).
Va sottolineato come il rapporto ospite eucariota e microbi (procarioti) sia qualcosa di ben più
complesso del semplice commensalismo, condizione in cui solo una delle due parti trae
benefici mentre l’altra non è influenzata. La relazione dell’ospite con la flora batterica che risiede nel suo intestino (ovvero il microbiota
intestinale) è piuttosto di tipo simbiotico, nel senso che la natura e le caratteristiche stesse di
tale relazione/interazione comportano sempre e costantemente un mutuo vantaggio per
entrambe le parti (Fig.2).
3
Questa sorta di alleanza e di rapporto associativo tra il mondo dei microorganismi di natura
procariotica e gli organismi eucarioti è da sempre esistito nel corso dell’evoluzione e già prima
della comparsa delle forme di vita multicellulari. 4
CAPITOLO 2
Il Microbiota in condizioni fisiologiche
La flora batterica intestinale endogena o microbiota è molto vasta complessa, sia
quantitativamente, in rapporto alla sua massa assoluta, sia qualitati-vamente, in
rapporto alla sua diversità ed eterogeneità. Un inventario dettagliato del microbiota normale è stato a lungo considerato
un obiettivo pressocchè irraggiungibile, basandosi unicamente sulle tecniche
microbiologiche convenzionali (esame colturale). Tuttavia, gli studi più recenti, che utilizzano tecniche di genetica molecolare ed i
microarrays (sequencing dell’RNA ribosomiale 16 S/metagenomica ) hanno
consentito di superare i suddetti limiti, espandendo notevolmente le nostre
conoscenze riguardanti la composizione, l’attività biologica e le componenti
genetiche (microbioma) del microbiota intestinale.
A questo riguardo, gli esseri umani possono essere considerati e definiti dei veri e
propri metaorganismi o superorganismi, in virtù della contemporanea presenza
di due sistemi cellulari (cellule eucariotiche e cellule procariotiche), che
coesistono ben integrati dal punto di vista metabolico ed immunologico (Fig. 3).
5
Il microbiota comprende circa 1014 cellule procariotiche con una biomassa di >
1 kg. La composizione del’ecosistema intestinale tende a rimanere stabile nel
tempo ma la densità batterica varia notevolmente, a seconda della sede
anatomica considerata: da 1011-12 cellule/g contenuto nel colon destro (cieco,
ascendente) a 107-8 nell’ileo distale e 102-3 nell’ileo prossimale e digiuno (Fig.
4 - 5 ) .
6
Il numero complessivo di cellule procariotiche del microbiota è circa 10 volte
superiore a quello delle cellule eucariotiche del nostro organismo. Il microbiota
nel suo complesso contiene un numero di geni (microbioma) ben 100 volte
superiore a quello del genoma umano.
7
I batteri anaerobi sono decisamente più abbondanti (oltre il 90 %) rispetto agli
aerobi con un rapporto di circa 1000:1 (Fig. 6).
Secondo la più recente stima da parte degli esperti, grazie all’impiego delle più
moderne tecniche molecolari (meta genomica, microarrays), nell’intestino
8
umano albergano oltre 15.000 specie batteriche, sebbene anche questa potrebbe
rivelarsi in un prossimo futuro una sottostima.
Le suddette specie microbiche sono ascrivibili a più di 1800 generi.
Tuttavia, recentissime osservazioni (Human Microbiome Project – NIH) hanno
permesso di documentare che solo un ristretto numero di specie viene condiviso
da tutti gli individui e queste specie costituiscono un vero e proprio core
filogenetico fondamentale .
La maggioranza della popolazione batterica (60% -90%) è rappresentata da
specie e generi appartenenti a tre divisioni (o PHYLA) principali : i
Bacteroidetes, Firmicutes ed Actinobacteria.(v. tassonomia - Fig. 7). Il Phylum dei Firmicutes è senza dubbio quello maggiormente rappresentato,
che include batteri appartenenti a vari generi Lactobacillus, Clostridium,
Eubacterium, Ruminococcus e Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus, etc.
(Fig. 8-9-10).
Va notato che le specie batteriche appartenenti al genere Bacteroides (Phylum
Bacteroidetes) da sole costituiscono oltre il 30% di tutti i batteri della flora
batterica intestinale, suggerendo l’importanza ed il ruolo di questo genere
nell’ecosistema intestinale (Fig.11). 9
A conferma di ciò sono le osservazioni sperimentali che dimostrano che la
somministrazione della specie Bacteroides thetaiotaomicron a ratti germ-free era
capace di influenzare l’attività di vari geni associati a molteplici funzioni (es.
barriera epiteliale,, assorbimento dei nutrienti, maturazione /differenziazione
cellulare, metabolismo xeno biotico, etc).
Meno ampio e rappresentato è il phylum degli Actinobacteria, a cui appartengono i
Bifidobatteri (genere: Bifidobacterium- Famiglia: Bacteriaceae - Ordine:
Bifidobacteriales), di cui sono ben note e studiate diverse specie (Fig.12-13-14) ed
alcune di queste da tempo sono utilizzate come probiotici (v. paragr. succ). 10
In particolare, il B. breve ed il B. longum/infantis sono le specie più rappresentate
nell’intestino nei primi anni di vita, mentre i Bifidobatteri sono molto meno
numerosi nell’intestino dell’adulto, rappresentando circa il 3-6 % della flora
fecale. Diversi studi inoltre suggeriscono che il numero dei Bifidobatteri tende a
declinare con l’aumentare dell’età. 11
Altri Phyla presenti nel microbiota umano sono i Proteobacteria, i Fusobacteria
e Verrucomicrobia. 12
Va osservato che alcuni generi, anche se appartenenti a Phyla differenti, sono
accomunati dalla caratteristica di essere batteri produttori di acido lattico come
prodotto finale della loro attività metabolica fermentativa. Esempi tipici di LAB (Lactic acid bacteria) sono i membri dei generi Lactobacillus e
Bifidobacterium. È interessante notare che anche diverse specie fungine sono state recentemente
identificate come componenti del microbiota umano, ma esse sembrano avere
un’importanza complessiva secondaria nell’ecosistema intestinale. Al contrario, hanno una maggiore rilevanza dal punto vista microbiologico e
sono parte integrante del microbiota umano alcuni microrganismi unicellulari
primordiali, spesso riscontrati anche in condizioni ed in contesti ambientali
estreme. Essi sono simili ai batteri ma con alcune caratteristiche peculiari e con
una filogenesi differente. In precedenza ritenuti di natura procariotica
(Dominio : Prokaryota- Regno Archaebacteria), attualmente questi
microorganismi, ridenominati Archaea, sono stati riclassificati dagli addetti ai
lavori come appartenenti ad un dominio diverso e distinto (Archaea). Questi
microorganismi e soprattutto la loro funzione nell’ambito del microbiota
intestinale umano sono ancora poco conosciuti, sebbene sia già noto che molte
specie sono produttrici di metano (microrganismi metanogeni).
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