LA DIVERSITA NEL MICROBIOTA E FUNZIONE ANCHE DELL ETA. Microbiota infantile (1-2 anni) svezzamento

Transcript

1 LA DIVERSITA NEL MICROBIOTA E FUNZIONE ANCHE DELL ETA Microbiota infantile (1-2 anni) svezzamento Microbiota adulto Età soglia Microbiota invecchiato Diversità microbica

2 ALLA NASCITA L INTESTINO E STERILE COLONIZZAZIONE = OPPORTUNISTI DI PROVENIENZA AMBIENTALE La qualità dei primi colonizzatori è influenzata dal tipo di parto Parto naturale Parto cesareo Colonizzazione da parte dei microrganismi della vagina e dell area perineale Colonizzazione da parte di microrganismi dal microbiota cutaneo della madre

3 La prima colonizzazione è importantissima: in diverse specie animali (es cavallo, iguana) I piccoli praticano la coprofagia per assicurarsi un inoculo corretto del microbiota Un caso particolare è quello del Koala I baby koala sono allattati per 6-7 mesi. Verso il 4 mese, ingerisce anche il pap, una forma specializzata di feci materne Il pap fornisce il microbiota necessario per sopravvivere al passaggio alla dieta di foglie di eucalipto

4 I koala mangiano solo foglie di eucalipto ricche di sostanze indigeribili e di sostanze tossiche (terpeni e fenoli) I tannini (polifenoli) si complessano con le proteine (T-PC) rendendole insolubili Per poter recuperare l azoto e assorbirlo attraverso il ceco, è necessario che i T-PC siano degradati da batteri (T-PCD) Streptococcus gallolyticus Lonepinella koalarum (Pasteurellaceae) + CO 2 tannini acido gallico pirogallolo

5 Nel latte umano sono stati identificati centinaia di glicani che contengono oligosaccaridi complessi del latte umano (human milk oligosaccharides - HMO) NON sono digeriti dagli enzimi umani Gli HMO mancano nel latte di altri mammiferi POSSIBILE RUOLO DI PREBIOTICI NATURALI assenti nel latte di altri mammiferi NO HMO Si servono HMO Selezione favorevole di determinate specie per la colonizzazione dell intestino infantile

6 Microbiota infantile Dieta liquida SI intestinale in via di sviluppo La colonizzazione è rapida e i consorzi sono molto instabili fino a circa 2,5 a Inizialmente Staphylococcus, Streptococcus, enterobatteri Poi..Eubacterium, Clostridium Infine Bifidobacterium (specialmente se allattati al seno -90%)

7 Microbiota adulto Dieta solida SI intestinale in equilibrio Diversità e ricchezza raggiungono un livello più o meno stabile già nell infanzia La diversità è marcata ai livelli bassi (specie-ceppo) vomito La composizione base ha una tendenza al mantenimento anche in presenza di stress La composizione del microbiota adulto varia da persona a persona Ma alla grande diversità a livello di specie e ceppi corrisponde un elevata conservazione delle funzioni espresse e dei metaboliti prodotti (ridondanza funzionale)

8 Ma la composizione tra i membri della stessa famiglia tende a essere simile Questo effetto è probabilmente dovuto a Ambiente comune background genetico condiviso

9 Nell età adulta la presenza delle specie anaerobie è pronunciata ma Bifidobacterium Bacteroidetes Clostridium cluster IV e XIVa 50 % L invecchiamento del microbiota ha inizio a un età soglia, diversa da individuo a individuo, che dipende da: dieta Paese di appartenenza La diversità diminuisce, le popolazioni dominanti sono nuovamente immunosenescenza Staphylococcus, Streptococcus, Enterobacteriaceae, Anaerobi: Bacteroidetes Clostridium Cluster IV e XIVa

10 Bacteroides, Eubacterium, streptococchi anaerobi Lattobacillaceae Coliformi /enterococchi Bifidobacterium Clostridiales Log CFU/grammo feci nascita svezzamento Età adulta Età avanzata

11 Oltre che sulla ricchezza in specie, l età e le condizioni di vita hanno un effetto anche sulla stabilità del microbiota Stereotipo umano occidentale ETÀ NEONATALE (assetto genetico Tipo di parto Tipo di allattamento) PRIMA INFANZIA (si sviluppa il sistema immunitario, Malattie infantili, Febbre, tipo di nutrizione, Antibiotici nell ambiente) INFANZIA (socializzazione, Crescita corporea, Antibiotici nell ambiente) ADOLESCENZA (pubertà Attività sessuale, Uso di droghe fumo)

12 PRIMA ETÀ ADULTA (spostamenti frequenti Cambi di partner Cambi di casa Viaggi Sperimentazione alimentare Livello di fitness) ETÀ ADULTA (coabitazione stabile Aumento di peso Gravidanze Routine prevedibili Viaggi traslochi) PENSIONAMENTO (invecchiamento Menopausa Uso di farmaci malattie) VECCHIAIA (età avanzata Mobilità limitata Riduzione delle attività Cambiamento delle abitudini alimentari)

13 in alcuni periodi quindi, si è più esposti ad alterazioni rapide del microbiota (bassa stabilità) alla colonizzazione da parte di batteri avventizi (bassa ricchezza minore esclusione di nicchia)

14 Nella prima infanzia, quando il microbiota è ancora instabile Il rischio di alcune malattie legate a una colonizzazione da parte di patogeni è più elevata BOTULISMO INFANTILE C. botulinum, introdotto con gli alimenti, colonizza l intestino rilascia regolarmente piccole quantità di tossina Che sono assorbite dall intestino

15 virotipi di E. coli ETEC (enterotossici) DAEC (diffusamente aggregativi) EIEC (enteroinvasivi) EAEC (enteroaggregativi) EPEC enteropatogeni EHEC (enteroemorragici) + Anche in questo caso i bambini sono i più colpiti e anche la malnutrizione ha una notevole importanza

16 Gli studi sull influsso della genetica sono stati esplorati con diversi approcci Studi su gemelli umani Studi su linee murine Trattate per minimizzare l effetto materno Hanno permesso di capire che in condizioni NORMALI l effetto genetico è estremamente difficile da apprezzare

17 analisi QTL : Quantitative Trait Loci utilizzata per studiare la co-segregazione di caratteri quantitativi legati a marcatori genomici 13 regioni genomiche importanti nel topo cinque QTL variazione genetica dell ospite Associazione significativa abbondanze relative di 64 taxon almeno uno per ognuno dei 4 Phylum principali - Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria IL controllo genico influisce sulla cima dell albero (genere o specie) in particolare per i Bacteroidetes e Firmicutes

18 Analisi di alcune situazioni patologiche legame diretto tra alcuni geni e la composizione del microbiota MEFV Febbre Mediterranea Familiare minore ricchezza del microbiota negli individui affetti Mutazioni in NOD2 forte rischio morbo di Crohn alterazioni microbiota: maggior carico di Firmicutes e Bacteroidetes soprattutto Dorea e Subdoligranulum (XIVa)

19 Mutazioni in HLA (MHC) forte rischio celiachia limitate ma significative differenze nell abbondanza di alcuni gruppi (Bacteroides spp-prevotella) L importanza di geni metabolici dell ospite è stata messa in evidenza in pazienti obesi, con un alterazione del rapporto tra Firmicutes e Bacteroidetes Geni coinvolti nell immunità (innata o adattativa) alterano il rapporto microbiota/ospite e sono implicati nelle malattie infiammatorie croniche

20 In qualche caso, potenziali insidie si possono nascondere in mezzo ai commensali In questo caso l ospite è considerato un PORTATORE vomito

21 Ma il problema può riguardare l intero microbiota: per uno squilibrio tra il microbiota e l ospite e/o per uno squilibrio all interno del microbiota stesso

22 DISMICROBISMI ALTERAZIONI DELL EQUILIBRIO RISPOSTA ALTERATA PERMEABILITA ALTERATA MALATTIA Possibile prevalenza o attecchimento di specie dannose Possibile invasione di campo da parte di commensali

23 ALTRI FATTORI D OSPITE STRESS MALATTIE ANTIBIOTICI DIETA BATTERI PATOGENI VIRUS MICROBIOTA INTESTINALE ALTERATO FUNZIONI FISIOLOGICHE ALTERATE CATTIVO ASSORBIMENTO DI NUTRIENTI INDEBOLIMENTO DELLE DIFESE IMMUNITARIE INFEZIONI DIARREA O STIPSI

24 STRESS/ ANTIBIOTICI/ MALATTIE/ DIETA/ BATTERI PATOGENI/ VIRUS/ ALTRI FATTORI D OSPITE FUNZIONI FISIOLOGICHE ALTERATE CATTIVO ASSORBIMENTO DI NUTRIENTI INDEBOLIMENTO DELLE DIFESE IMMUNITARIE INFEZIONI DIARREA O STIPSI MICROBIOTA INTESTINALE ALTERATO

25 MICROBIOTA E MALATTIE AUTOIMMUNI In modelli murini di diabete di tipo 1, è stato dimostrato che l'interazione della flora intestinale con il sistema immune innato modifica la predisposizione verso lo sviluppo del diabete Altri modelli animali di sclerosi multipla e artrite reumatoide suggeriscono un ruolo del microbiota intestinale: nei topi germ free queste malattie non si sviluppano L uso di polisaccaridi batterici di B. fragilis sembra avere un effetto protettivo I commensali, infatti, contribuiscono ad ammaestrare il sistema immunitario NO!! OK!!

26 Molto resta da scoprire

27 Metaboliti microbici SCFA TMAO calorie in eccesso alterato metabolismo dei lipidi Molecole segnale Lipolisi, assunzione di cibo Marcatore di rischio per le malattie cardiovascolari Microbiota intestinale IPPURATO Marcatore di rischio per diabete e ipertensione Componenti batteriche LPS: TLR4/CD14 Flagello: TLR5 Lipidi strutturali: TLR2 Risposta infiammatoria innata Insulino-resistenza, obesità Sindrome metabolica Peptidoglicano: NOD1,2 Diabete di tipo II CVD

28 Esperimenti condotti su topi Germ-free suggeriscono un possibile ruolo del microbiota nello sviluppo del controllo motorio e dei comportamenti ansiosi Gli autori ritengono che questo approccio potrebbe avere implicazioni importanti anche nello studio dei disordini psichiatrici umani

29 Comunicazioni bidirezionali tra microrganismi del microbiota intestinale e cervello endocrine: cortisolo permeabilità e funzione di barriera, composizione del microbiota, effetto su cellule immuni citochine Immunitarie: citochine microbiota e probiotici le modulano, influenzando l attività cerebrale Neurologiche (sistema vagale e nervi enterici): il vago e la modulazione del triptofano circolante mediano l influenza del microbiota sul SNC NATURE REVIEWS NEUROSCIENCE VOLUME 13 OCTOBER John F. Cryan and Timothy G. Dinan

30 In un domani potremmo dire: Psychiatric help Ho detto che i miei microbi stanno di nuovo dando i numeri!! Vuoi ascoltare una buona volta quando ti parlo??

31 Anche gli antibiotici possono alterare i rapporti tra le componenti del microbiota intestinale Degradatori primari A intossicazione Degradatori secondari H 2 Metanogeni e acetogeni: Rimozione di scarti c è una riduzione generale della diversità e alcuni taxa possono non recuperare

32 COLITE PSEUDOMEMBRANOSA Clindamicina Lincomicina, attive sugli anaerobi antitumorali (metatressato) Cefalosporine di III generazione, largo spettro, molto attive Modificazioni del microbiota Espansione di C. difficile (intrinsecamente molto resistente agli antibiotici e produttore di potenti tossine) poco rappresentato ma presente nel microbiota intestinale del 40% circa della popolazione

33 Colite pseudomembranosa Clindamicina Lincomicina Attive sugli anaerobi Cefalosporine di III generazione Largo spettro, molto attive antitumorali (metatressato) Modificazioni del microbiota Espansione di C. difficile sottile, con spore grandi ovali sub-terminali, estremamente sensibile all'ossigeno, poco rappresentato ma presente (~40%) nel microbiota intestinale

34 Un recentissimo lavoro ha messo in evidenza un dato molto interessante Mucosa di individui sani: Presenza di Bdellovibrio Mucosa di individui con Crohn: Assenza di Bdellovibrio Bdellovibrio preda altri batteri Gram-negativi perforando la M.E. e moltiplicandosi nel periplasma potrebbe rappresentare un meccanismo di omeostasi del microbiota, al momento sottostimato

35 Geni coinvolti nell immunità (innata o adattativa) alterano il rapporto microbiota/ospite e sono implicati nelle malattie infiammatorie croniche Ma si cercano anche colpevoli batterici Un nuovo virotipo di E. coli (Aderente invasivo AIEC) possiede un fattore di adesione «Fimbria lunga polare» (LPF) che lo lega alle cellule M e lo aiuta a penetrare nel tessuto linfoide. Questa osservazione spiega il meccanismo di penetrazione degli AIEC ma non prova che causino infezioni nelle placche di Peyer o che inizino o mantangano l infiammazione nel CD

36 Un recentissimo lavoro ha messo in evidenza un dato molto interessante Mucosa di individui sani: Presenza di Bdellovibrio Mucosa di individui con Crohn: Assenza di Bdellovibrio Bdellovibrio preda altri batteri Gram-negativi perforando la M.E. e moltiplicandosi nel periplasma potrebbe rappresentare un meccanismo di omeostasi del microbiota, al momento sottostimato