MICROBIOMA E MALATTIE METABOLICHE

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1 Corso di Laurea in Dietistica MICROBIOMA E MALATTIE Lorenza METABOLICHE Caregaro Negrin Lorenza Caregaro Negrin U.O.C. Dietetica e Nutrizione Clinica Scuola di Medicina, Università di Padova U.O.C. di Dietetica e Nutrizione Clinica Università degli Studi di Padova

2 Tenica utilizzata per lo studio degli ecosistemi marini e terrestri METAGENOMICA ANALISI COMPLESSIVA DEL GENOMA DI TUTTI I MICRORGANISMI PRESENTI IN UN DETERMINATO AMBIENTE

3 campionamento METAGENOMICA estrazione DNA Sequence-based metagenomics è identifica i geni analisi Function-based metagenomics è identifica le funzioni Metagenomics Metaproteomics Metabolomics

4 Catalogo genetico del microbiota intestinale di 124 soggetti MetaHIT METAgenomic of Human Intestinal Tract

5 MICROBIOTA Cellule batteriche 100 trilioni 10 volte superiore al numero di cellule del corpo umano Specie batteriche >1.000 la maggior parte sconosciute MICROBIOMA 3.3 milioni di geni 150 volte il genoma umano (Uomo geni) Genoma batterico dinamico e variabile

6 UOMO SUPERORGANISMO Un tutt uno con i microrganismi dei suoi diversi ecosistemi intestino, cute, polmoni, apparato urogenitale RAPPORTO SIMBIOTICO BATTERI-OSPITE risultante di continui, reciproci adattamenti nella storia della loro coevoluzione

7 Each of us harbours > 1,000 species- level phylotypes High diversity among individuals ADULT MICROBIOTA Major constituents Bacteroidetes Firmicutes Minor constituents Actinobacteria Proteobacteria Verrucomicrobia Methanogenic Archea Eukariotes Viruses

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9 MICROBIOTA E OBESITA Primo studio che ha rilevato una differente composizione del microbiota nel ratto ob/ob rispetto al ratto magro Nei ratti obesi (ob/ob): é Firmicutes, ê Bacteroidetes Ley RE et al. Proc Natl Acad Sci 2005; 102:

10 I RATTI OBESI ESTRAGGONO PIÙ ENERGIA DALLA DIETA Maggior produzione di SCFA dalla metabolizzazione dei carboidrati non digeribili An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest Turnbaugh PJ et al. Nature 2006; 444:

11 HUMAN GUT MICROBIOMA IN OBESITY Nei soggetti obesi: minor numero di geni, meno specie batteriche La dieta modifica la composizione del microbiota intestinale Kong LC et al. Am J Clin Nutr 2013

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13 HUMAN GUT MICROBIOMA IN TYPE 2 DIABETES Clusters metagenomici diversi nei soggetti diabetici rispetto ai controlli analisi del metagenoma di 145 donne europee di 70 anni (normali, diabetiche e con intolleranza glucidica) Karlsson FH, Nature 2013; 498:

14 STUDIES OF GERM-FREE MICE Gnotobiology Obesity Insulin resistance Type 2 diabetes Hepatic steatosis

15 Gnotobiology MICROBIOTA E OBESITA Germ-free mice Più magri: 40% in meno di tessuto adiposo rispetto agli animali convenzionali, anche se introducono il 30% in più di calorie Resistenti all obesità indotta da dieta iperlipidica Dopo colonizzazione con microbiota convenzionale (convenzionalizzazione) insulinoresistenza e aumento del tessuto adiposo (57%) senza variazioni degli introiti alimentari o del dispendio energetico Colonizzazione con microbiota di topo ob/ob maggior incremento adiposo rispetto a colonizzazione con microbiota di topo magro Backhed F et al. Proc Natl Acad Sci 2004; Turnbaugh PJ et al Nature 2006

16 Soggetto obeso (175 kg) Enterobacter spp: 35% del microbiota Dieta + prebiotici 0% Enterobacter Enterobacter B29 inoculato in germ-free mice induce obesità solo in associazione a dieta iperlipidica

17 Germ-free mice colonizzati con Enterobacter B29 + dieta iperlipidica diventano obesi

18 Germ-free mice colonizzati con Enterobacter B29 + dieta iperlipidica sviluppano insulinoresistenza, endotossinemia, stato infiammatorio

19 Metabolic alterations THE ROLE OF METABOLIC ENDOTOXEMIA LPS-producing bacteria Cani PD & Delzenne NM, 2011

20 HIGH FAT DIET, BACTERIAL TRANSLOCATION, DIABETES Batteremia metabolica Batteri nel tessuto adiposo mesenterico Batteri nei linfonodi mesenterici

21 HIGH FAT DIET, BACTERIAL TRANSLOCATION, DIABETES Adesione dei batteri alla mucosa ileale e traslocazione nei linfonodi mesenterici (colocalizzazione con cellule dendritiche)

22 HIGH FAT DIET, BACTERIAL TRANSLOCATION, DIABETES Effetti della somministrazione di probiotico (Bifidob. lactis B420) DIETA IPERLIPIDICA + PROBIOTICO (bifido. lactis 420) â â

23 Cani PD & Delzenne NM, 2011

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25 Anne Vrieze, Gastroenterology 2012; 143: 913-6

26 Anne Vrieze, Gastroenterology 2012; 143: Increased levels of butyrate-producing intestinal microbiota Fecal microbiota Small intestinal microbiota

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28 Corso di Laurea in Dietistica Lorenza Caregaro Negrin Grazie per l attenzione U.O.C. di Dietetica e Nutrizione Clinica Università degli Studi di Padova