COMPOSIZIONE E DINAMICA DEL MICROBIOTA INTESTINALE NELLE DIVERSE ETA'

 

Infanzia

La simbiosi tra l’essere umano e il microbiota inizia al momento della nascita, anche se uno studio effettuato da Di Giulio et al. ha dimostrato la presenza di batteri nel liquido amniotico, suggerendo che l’intestino del neonato potrebbe non essere sterile alla nascita (8).

Entro poche ore dalla nascita, l’intestino del neonato viene colonizzato da batteri provenienti dall’intestino e dalla vagina della madre e dall’ambiente esterno. Infatti, il microbiota intestinale dei neonati nati da taglio cesareo è meno vario in termini di specie batteriche, e presenta un numero di batteri inferiore rispetto al microbiota di neonati nati da parto spontaneo; vi è una significativa prevalenza di Stafilococchi, Corinebatteri, Propionibatteri e Clostridi nelle feci dei neonati nati da taglio cesareo rispetto al microbiota dei neonati nati da parto spontaneo, che risulta dominante in Lactobacilli, Prevotella, Bacteroidi e Bifidobatteri (2).

Anche la tempistica della colonizzazione batterica è un fattore importante: i neonati prematuri mostrano una colonizzazione batterica ritardata ed un numero limitato di specie colonizzatrici (9). Una crescente diversità della microflora intestinale è stata osservata nelle prime 8 settimane di vita in neonati pretermine: nella maggior parte dei bambini gli Stafilococchi erano la principale specie microbica presente nelle feci, mentre

solo alcuni neonati erano colonizzati da Bifidobacterium spp (9). Questo studio ha anche dimostrato che esiste una relazione positiva tra la diversità del microbiota intestinale e la tolleranza ai nutrienti e l’aumento di peso, suggerendo una relazione funzionale tra gli individui e i microrganismi intestinali.

Nelle prime 48 ore dopo la nascita i neonati sono colonizzati da batteri anaerobi facoltativi, come E. coli e Streptococchi. Successivamente,

la colonizzazione da parte di Enterococchi e Lactobacilli si stabilisce, generando un ambiente anaerobico dovuto al consumo di ossigeno. Ad una settimana di età i Bifidobatteri, i Bacteroidi e i Clostridi sono presenti nelle feci; da questo momento la specie dei Bifidobatteri diventa dominante, con una diminuzione in parallelo degli Enterobatteri. La presenza di altri gruppi batterici, come il Ruminococco, è importante anche nel processo di colonizzazione precoce, poiché i Ruminococcchi sono in grado di inibire la colonizzazione dei Clostridi grazie alla produzione della ruminococcina A (10).

La nutrizione gioca un ruolo importante sia alla nascita sia successivamente. I neonati allattati al seno hanno una quantità doppia di Bifidobatteri rispetto ai neonati alimentati con latte artificiale; in questi ultimi sono state trovate quantità significative di Atopobium e di Bacteroides, e nel complesso il loro microbiota intestinale risulta meno eterogeneo rispetto ai neonati allattati al seno (11). Questa differenza dipende dalla presenza nel latte materno di oligosaccaridi non digeribili, noti perché fattori stimolanti la crescita dei Bifidobatteri (12). Questo effetto prebiotico può essere considerato come un grande vantaggio per la salute, perché è in grado di modulare il microbiota in modo che stimoli lo sviluppo del sistema immunitario e metabolico.

Il latte materno rappresenta anche un inoculo batterico naturale che influenza la colonizzazione neonatale, in quanto contiene Stafilococchi, Streptococchi, Bifidobatteri e batteri lattici (13). Successivamente, lo svezzamento è associato alla transizione verso un microbiota simile a quello dell’adulto, e l’introduzione di alimenti come cereali, frutta e verdura forniscono una nuova fonte di carboidrati non digeribili (14). La conta di Bacteroides, Clostridium e Streptococchi anaerobi aumenta dopo l’introduzione di cibi solidi, mentre gli anaerobi facoltativi, come i bifidobatteri e i lattobacilli, restano elevati (15).

Complessivamente però, la dinamica della microflora intestinale segue una sequenza temporale ancora poco chiara, e diversi fattori, come l’uso di antibiotici, nutrienti funzionali e le condizioni igieniche, influenzano la composizione batterica finale.

Il rapporto tra la dieta e la struttura del microbiota intestinale continua anche dopo lo svezzamento. Uno studio ha messo a confronto il microbiota intestinale di bambini europei che hanno seguito una dieta tipicamente occidentale, ricca di proteine e grassi animali, con quello di bambini africani, la cui alimentazione è basata su un alto consumo di carboidrati e basso contenuto di proteine animali (16). I bambini africani hanno un microbiota povero in Firmicutes ma ricco di Bacteroidetes, con abbondanza di Prevotella e Xylanibacter, batteri capaci di idrolizzare la cellulosa e lo xilano. Questi ultimi sono completamente assenti nel microbiota dei bambini europei. Inoltre, sono stati trovati più acidi grassi a catena corta (SCFA) nei bambini africani rispetto a quelli europei. L’ipotesi è che la flora intestinale si sia adattata alla dieta ricca in polisaccaridi, consentendo di massimizzare l’apporto energetico proveniente dalle fibre. Poiché le Enterobacteriaceae, quali Shigella ed E. coli, erano significativamente sottorappresentate nei bambini africani rispetto a quelli europei, è possibile che i batteri produttori di SCFA contribuiscano ad impedire la colonizzazione da parte di patogeni intestinali che causano diarrea.

 

Età adulta

Anche se si pensa generalmente che il microbiota intestinale degli adolescenti sia simile a quelli degli adulti, uno studio recente ha dimostrato che le comunità batteriche intestinali sono significativamente differenti tra i gruppi di 11-18 e 22-61 anni di età (17). La principale differenza risiede nella più elevata abbondanza dei Bifidobatteri nel gruppo degli adolescenti rispetto agli adulti, non tanto nel numero di specie batteriche quanto per la loro abbondanza relativa, indicando che nel microbiota intestinale degli adolescenti risiedono quantitativamente molti più Bifidobatteri rispetto agli adulti. In particolare due specie, il Bifidobacterium longum e Bifidobacterium catenulatum, risultano prevalenti, mentre il Bifidobacterium adolescentis è pressoché simile in quantità tra i due gruppi di individui analizzati. Inoltre, negli adolescenti, il genere Clostridium è più abbondante mentre i generi Prevotella e Sutterella sono meno presenti.

Nell’adulto il microbiota intestinale è relativamente stabile (18). La stabilità temporale dipende dalla capacità del microbiota intestinale di ritornare alle condizioni di partenza dopo alterazioni di breve durata. Questa caratteristica è definita “resilienza” ed è alla base dei processi omeostatici che mantengono le condizioni della componente microbica stabile nel tempo. Infatti, le perturbazioni esterne, come ad esempio le terapie antibiotiche, pare abbiano solo effetti transitori sul microbiota dominante.

Diversi studi suggeriscono che il microbiota intestinale è costituito da un “core” di gruppi batterici, che rimane stabile e inalterato dai fattori esterni entro certi limiti. Diverse evidenze suggeriscono che, nonostante la composizione del microbiota intestinale sia caratteristica di ogni individuo, esiste una sovrapposizione inter-individuale. Le differenze individuali, riportate in numerosi studi, si basano principalmente sulle quantità relative dei batteri a livello di specie o genere, senza però alterarne la presenza.

Lo studio di Faith et al. dimostra che nell’ambito del microbiota intestinale individuale il 60% dei gruppi batterici rimane pressoché stabile per più di 5 anni, e in alcuni casi molti ceppi sono presenti per decenni (19). In soggetti finlandesi il “core” consiste principalmente in alcuni gruppi appartenenti al Clostridium clusters IV e XIVa del phylum dei Firmicuti (18) che hanno la capacità di produrre butirrato, un metabolita essenziale che contribuisce all’omeostasi sia del microbiota sia dell’ospite (20). Diversamente, i Bacteroidetes spp. non sono particolarmente abbondanti e presentano un’elevata variabilità inter- e intra-individuale (21-23). Il Faecalibacterium prausnitzii, invece, rappresenta un membro del “core” particolarmente abbondante e stabile nel tempo. In alcuni soggetti dove la sua presenza è ridotta la stabilità temporale viene meno; infatti, in alcune situazioni patologiche la presenza di F. prausnitzii è compromessa e questo lo fa considerare un batterio associato a uno stato di salute (24-26).

Lo studio di Arumugam et al. descrive le composizioni microbiche intestinali in base a tre categorie ben precise definite “enterotipi”, e cioè un insieme di gruppi microbici che contribuiscono alla costruzione di un ecosistema predefinito a livello intestinale (27). La caratterizzazione degli enterotipi permette la classificazione degli esseri umani adulti in tre categorie, in base al proprio microbiota; l’enterotipo definisce le specie quantitativamente dominanti. L’enterotipo 1 è dominato da Bacteroides, l’enterotipo 2 da Prevotella e l’enterotipo 3 dal gruppo del Ruminococco; ciascuno dei tre enterotipi influenza diversamente le funzioni metaboliche dell’ospite (27).

Gli enterotipi possono associarsi a una dieta ricca di proteine e grassi animali (Bacteroides) o ricca di carboidrati (Prevotella), cambiando in genere entro 24 ore dall’inizio di una dieta ricca di grassi/povera di fibre o di una dieta povera di grassi/ricca di fibre (28). Tuttavia, la struttura di base degli enterotipi non cambia e rappresenta un segno distintivo dello stile di vita degli individui.

Nonostante il microbiota intestinale nell’adulto sia considerato particolarmente stabile, uno studio recente ha messo in evidenza il legame con la nutrizione (29) sia in termini di diversità microbica che in termini metabolici, influenzando l’espressione di specifici enzimi in risposta all’adattamento nei confronti dei nutrienti disponibili. La disponibilità di cibo, così come un diverso comportamento alimentare piuttosto che fattori culturali, possono indurre e sostenere variazioni importanti in termini di rapporto simbiotico tra microrganismi e ospite. Questo potrebbe spiegare perché esiste una forte associazione positiva tra la latitudine e i Firmicutes, che è negativa con i Bacteroidetes (30).

Ad ogni modo, la maggior parte degli studi del microbiota intestinale in età adulta si concentra soprattutto nel valutare le differenze tra individui sani e affetti da diverse patologie, sia intestinali che extra-intestinali. L’associazione con le patologie dimostra che la resistenza a eventi sfavorevoli è una caratteristica del microbiota che dipende da numerosi fattori, come la durata e l’intensità della perturbazione oppure la predisposizione genica dell’individuo. Il superamento di una certa soglia induce un’alterazione duratura in termini di composizione microbica, che si riflette in un alterato rapporto metabolico tra microrganismi e ospite alla base degli aspetti fisiopatologici di specifiche malattie (malattie infiammatorie croniche intestinali, obesità, sindrome metabolica, ecc.).