Genetica e microbiota sono tra loro correlati sia nell’uomo sia negli animali. Ma in che modo? Quali sono gli effetti?

Lo studio coordinato da Hooman Derakhshani dell’Università di Manitoba e pubblicato su Microbiome ha cercato di dare una risposta esaminando in particolare l’associazione tra un polimorfismo del gene BoLA, una variante allelica bovina del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC), e i cambiamenti del microbiota del latte di bovini da allevamento durante la prima settimana di allattamento. Il polimorfismo BoLA-DRB3.2 ha dimostrato di influire soprattutto sulla composizione batterica del colostro più che del latte vero e proprio.

L’esistenza di un legame tra componente genetica e batterica è ormai assodata come del resto la presenza di fattori immunitari nell’ospite in grado di distinguere i batteri commensali dai patogeni. A questi “agenti sentinella” appartiene il gene BoLA il cui polimorfismo BoLA-DRB3.2 ha dimostrato di contribuire anche all’omeostasi del microbiota mammario pur con meccanismi finora poco chiari.

A tal proposito, i ricercatori hanno collezionato campioni di colostro (giorno 0), di primo latte (giorno 1) e di latte “normale” (giorno 6) da 60 mucche durante la prima settimana di allattamento. Le analisi sono state poi condotte sia su base genetica sia in termini di composizione batterica e micotica. Di seguito i principali risultati ottenuti.

Varianti del polimorfismo

Da una prima mappatura genetica sono state individuate tre varianti di BoLA-DRB3.2 denominate rispettivamente BstYa (n=24), BstYb (n=25) e BstYc (n=5).

Data la scarsa numerosità della terza forma, i campioni che la esprimevano sono stati esclusi dai test successivi. Un totale di 132 e 82 campioni sono invece stati raccolti rispettivamente per BstYa e BstYb.

Considerando poi gli OTUs medi, 590 sono risultati essere quelli batterici e 24 quelli micotici.

Polimorfismo e diversità

Dall’analisi della componente batterica è emerso che:

• la diversità si è modificata durante la settimana di osservazione incrementandosi gradualmente fino a raggiungere il picco il sesto giorno
• l’associazione tra BoLA-DRB3.2 e diversità ha mostrato significatività solo il giorno 0
• la composizione ha mostrato differenze tra tutti i campioni collezionati nei diversi momenti

Considerando poi la comunità micotica:

• ha presentato una diversità maggiore il primo giorno
• nessuna associazione si è dimostrata tra BoLA-DRB3.2 e indice di diversità
• una correlazione tra BoLA-DRB3.2 e composizione micotica è stata invece registrata nel colostro (giorno 0) e nel primo latte (giorno 1)

Polimorfismo e dinamicità del microbiota

I ricercatori hanno poi analizzato la composizione del latte dei vari giorni considerando sia batteri sia funghi.

• nel complesso, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria e Fusobacteria sono risultati i phyla batterici più abbondanti con diverse espressioni non solo tra colostro e latte ma, talvolta, anche in relazione alla variante allelica
• Staphylococcus si è dimostrato il genere maggiormente presente nel colostro indipendentemente dalla variante allelica. Tale abbondanza si è ridotta nel passaggio a latte normale
• Streptococcus, Fusobacterium, Enterococcus e Bacteroides hanno presentato buona espressione nel colostro di campioni con BstYa per poi diminuire i giorni successivi
• di contro, l’abbondanza di Sphingobacterium e Acinetobacter è aumentata passando dal colostro al latte
• Ascomycota è il phylum micotico più espresso in generale nel colostro seguito ad ampia distanza da Basidiomycota e Zygomycota
• Alternaria è risultato il genere micotico più presente nel colostro in entrambe le varianti alleliche. Ha però mostrato un decremento di espressione nei campioni BstYa mentre livelli stabili in quelli BstYb
• il micete Candida ha invece registrato un generale incremento dal giorno uno al sesto

Polimorfismo e composizione del colostro

Si è poi determinato come i campioni appartenenti alle due varianti BstY si differenzino nettamente solamente in base agli OTUs batterici principali. Per esempio:

• OTU109 (S. equorum), OTU3 (S. gallinarum), OTU9 (S. sciuri), OTU21 (S. haemolyticus), Streptococcus OTU124 (S. equinus), OTUs di actinobacteria appartenenti a  Corynebacterium e Mycobacterium, e OTUs di proteobacteria appartenenti invece a Stenotrophomonas, Pseudomonas, Acinetobacter e Alcaligenaceae sono risultati tutti arricchiti nel colostro con variante BstYb
• il colostro con variante BstYa ha invece presentato alti livelli di Streptococcus OTU1 (S. dysgalactiae), Staphylococcus OTU2 (S. chromogenes), diversi Fusobacterium OTUs, e OTUs appartenti a Lactobacillus ed Enterococcus

Nessuna netta distinzione tra le due varianti è invece emersa considerando gli OTUs micotici nonostante siano state registrate alcune alterazioni minori:

• nel colostro con BstYa, l’OTU32 (Penicillium ilerdanum), l’OTU22 (Penicillium psychrosexualis) e l’OTU556 (Penicillium chrysogenum) hanno mostrato un arricchimento
• nel colostro della variante BstYb maggiore espressione è stata invece presentata dall’OTU6 (Alternaria infectoria) e dall’OTU177 (un non classificato Alternaria)

Polimorfismo e associazioni batteriche

Da ultimo, i ricercatori hanno condotto analisi di correlazione per valutare ulteriormente la potenziale associazione tra il polimorfismo in questione e la co-espressione di comunità batteriche.

• la correlazione tra BoLA-DRB3.2 e la co-espressione batterio-batterio è risultata più marcata nel colostro rispetto ai campioni di latte del primo e sesto giorno
• al giorno zero, l’OTU dei Firmicutes ha mostrato il maggior numero di connessioni nella variante BstYb, accompagnato da Bacteroidetes nei campioni con BstYa
• al giorno 6 le connessioni batteriche sono invece risultate analoghe tra le due varianti e maggiormente rappresentate da OTUs di Sphingobacterium

In conclusione dunque, il polimorfismo BoLA-DRB3.2 influisce soprattutto sulla composizione batterica del colostro più che del latte vero e proprio.

Capire se questi cambiamenti siano indotti direttamente o indirettamente può essere utile per la messa a punto di strategie preventive e/o di trattamento per diverse patologie dei bovini tra le quali la mastite.