Una nuova prospettiva sul microbioma e sui suoi metaboliti
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Le diete a base vegetale fanno bene alla salute. Favoriscono la salute dell’intestino, del sistema immunitario, del metabolismo e del sistema cardiovascolare, in parte grazie alla presenza di una comunità diversificata di batteri intestinali. È noto da tempo che questi benefici derivano in parte dalle fibre presenti negli alimenti di origine vegetale, che vengono metabolizzate dai nostri batteri intestinali commensali, e dai “fitochimici” – spesso dai colori vivaci – che le piante producono per proteggersi dalle minacce ambientali. Ma c’è ancora molto da scoprire su come esattamente i batteri presenti nel nostro intestino elaborino i componenti delle verdure producendo effetti così salutari.
Due studi condotti da Jenna AbuSalim e dal direttore Joshua Rabinowitz del Ludwig Institute di Princeton — uno pubblicato nel numero attuale dei *Proceedings of the National Academy of Sciences*, l’altro apparso su *Nature Metabolism* a giugno — gettano nuova luce sulla questione. Uno studio rivela che le fibre e le proteine vegetali riprogrammano il metabolismo microbico per potenziare la produzione di una specie benefica di metaboliti, sopprimendo al contempo quella delle loro controparti nocive. L’altro dimostra che molti metaboliti fisiologicamente importanti, generalmente attribuiti ai microbi intestinali, sono in realtà prodotti in abbondanza anche dal metabolismo dei mammiferi.
«C’è un crescente interesse in tutte le discipline mediche verso la manipolazione del microbioma umano o l’utilizzo dei suoi stessi prodotti metabolici a fini terapeutici», ha affermato Rabinowitz. «L’alimentazione offre grandi prospettive per il controllo del microbioma e dei suoi prodotti. Ma per mettere a punto interventi terapeutici efficaci, dobbiamo capire quali aspetti della dieta controllano quali prodotti microbici».
Per lo studio pubblicato su PNAS, Rabinowitz, AbuSalim e i loro colleghi hanno esaminato in che modo gli alimenti di origine vegetale influenzano i livelli dei metaboliti fenolici. Prodotti dalla digestione batterica degli aminoacidi tirosina e fenilalanina, questi fenoli hanno effetti sulla salute nettamente divergenti. Una serie, costituita dal fenilpropionato e dall’acido ippurico, derivante dalla trasformazione batterica della fenilalanina, favorisce la salute intestinale e un peso corporeo sano. L’altra, costituita dal solfato di p-cresolo e dal solfato di fenolo, deriva dalla tirosina ed è associata a esiti peggiori per i pazienti oncologici e a tossicità sistemica nei pazienti con malattie renali.
«I nostri studi hanno dimostrato che sia le fibre che le proteine indigeribili di origine vegetale — che chiamiamo “proteine che imitano le fibre”, o Prif — spostano l’equilibrio dei metaboliti fenolici da quelli dannosi derivati dalla tirosina a quelli benefici derivati dalla fenilalanina», ha affermato AbuSalim.
Mentre i benefici delle fibre vegetali sono ben noti, le proteine indigeribili di origine vegetale sono state finora in gran parte trascurate. AbuSalim, Rabinowitz e i colleghi riportano in questo studio che tali proteine vengono elaborate dai microbi intestinali, rimodellando la composizione del microbioma e il metabolismo dell’ospite. Esse agiscono inoltre in sinergia con le fibre vegetali indigeribili per riorganizzare i programmi metabolici dei batteri intestinali in modo da favorire la produzione di fenoli “buoni”.
Etichettando le proteine con isotopi stabili (non radioattivi) e monitorandone la digestione nell’intestino dei topi, i ricercatori hanno scoperto che i fenoli “cattivi” sono prodotti dal consumo batterico delle proteine dell’ospite, come quelle presenti nel muco che riveste l’intestino, mentre i fenoli buoni sono prodotti quasi esclusivamente dalle proteine alimentari indigeribili (Prif). Le fibre inibiscono il catabolismo batterico del muco che riveste l’intestino, riducendo la produzione dei fenoli “cattivi”. Le Prif aumentano la quantità di proteine alimentari che raggiungono i microbi intestinali e, di conseguenza, la produzione dei fenoli “buoni”.
«Riteniamo che i Prif rappresentino una classe emergente di nutrienti alimentari che modellano la composizione del microbioma intestinale e potrebbero avere un’influenza di vasta portata sulla salute metabolica», ha affermato AbuSalim.
«Sulle confezioni degli alimenti, i Prif potrebbero un giorno essere indicati proprio sotto le fibre», ha aggiunto Rabinowitz.
Lo studio pubblicato su *Nature Metabolism* ha esaminato le fonti dei metaboliti fenolici e di quelli indolici, che derivano dall’aminoacido triptofano. Come i fenoli, anche questi ultimi sono oggetto di intense ricerche per il loro potenziale terapeutico. I metaboliti dell’indolo sono stati associati a patologie che vanno dalle malattie infiammatorie intestinali ai disturbi neurodegenerativi fino al cancro, dove è stato riscontrato che influenzano, tra le altre cose, le metastasi tumorali e le risposte immunitarie antitumorali.
Sia i fenoli che gli indoli erano generalmente ritenuti prodotti esclusivamente dai batteri intestinali, un’ipotesi che AbuSalim, Rabinowitz e i loro colleghi hanno deciso di mettere alla prova. C’è stato grande interesse nello sviluppo di strategie alimentari o basate sui probiotici per aumentare i livelli di metaboliti indolici benefici. Tuttavia, se il metabolismo dei mammiferi contribuisce in misura maggiore ai loro livelli circolanti, è necessario prendere in considerazione approcci alternativi.
Come si è poi scoperto, studi di tracciamento isotopico su topi, ratti e cellule umane hanno rivelato che il metabolismo dei mammiferi è perfettamente in grado di produrre numerosi metaboliti indolici e fenolici, compresi diversi composti fisiologicamente importanti come l’indolo-3-lattato e l’indolo-3-acetato. Nei topi, i livelli circolanti dei metaboliti sono rimasti elevati anche dopo il trattamento con antibiotici, che alterano il microbioma. Ciò è emerso anche nei campioni prelevati da pazienti, compresi quelli affetti da cancro, in terapia antibiotica. Al contrario, i metaboliti prodotti esclusivamente dai microbi, come l’indolo-3-propionato e il solfato di p-cresolo, sono diminuiti in seguito al trattamento antibiotico.
Nel loro insieme, i risultati dei due studi forniscono importanti contributi alla nostra comprensione dell’origine e della produzione dei metaboliti fenolici e indolici e hanno implicazioni per la progettazione di strumenti e strategie volte a modulare i loro livelli a fini terapeutici.
«Oltre a ciò», ha affermato Rabinowitz, «un quadro più chiaro di come i diversi alimenti interagiscano con il microbioma per modulare la produzione di metaboliti batterici contribuirà a rendere più mirate le indicazioni che nutrizionisti e medici possono fornire alle persone per la prevenzione e la terapia delle malattie».
Questi studi sono stati finanziati dal Ludwig Institute for Cancer Research, dai National Institutes of Health, dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, dalla Princeton Alliance for Collaborative Research and Innovation e dall’Università di Princeton.
Oltre al suo incarico di direttore della sede di Princeton del Ludwig Institute for Cancer Research, Joshua Rabinowitz è professore presso il Dipartimento di Chimica e il Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics, nonché membro del Rutgers Cancer Institute.
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