Fibre alimentari e microbioma: gli effetti variano da persona a persona

7 maggio 2018

ETH Zürich, Zurigo (studio originale)

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Il supplemento di fibre alimentari nella dieta non riporta per tutti gli stessi effetti in termini di composizione e attività metabolica intestinale. È infatti elevata l’inter-individualità e la risposta che si instaura dipende prevalentemente dalle specie batteriche predominanti nel nostro microbiota più che dal tipo di fibra introdotta.

A dimostrarlo è Sophie A. Poeker e colleghi attraverso uno studio in vitro pubblicato i giorni scorsi su Scientific Reports.

La digestione delle fibre, o meglio dei carboidrati complessi, avviene quotidianamente nel colon a opera di specifici batteri i quali, grazie a un peculiare corredo enzimatico, riescono a trasformarle in acidi grassi a catena corta o SCFAs.

Tra questi, acetato, propionato e butirrato sono quelli maggiormente espressi e vanno di norma a caratterizzare un microbiota sano.

Benché siano i SCFAs i prodotti di metabolismo più noti provenienti dalle fibre, anche inulina, FOS (frutto-oligosaccaridi), GOS (galatto-oligosaccaridi), β-glucani e XOS (xylo-oligosaccaridi) sono elementi costitutivi importanti e, se somministrati come prebiotici, registrano benefici per la salute dell’ospite. Tra tutti, i FOS sono quelli conosciuti da più tempo e perciò anche quelli maggiormente utilizzati.

Lo studio sugli effetti delle fibre alimentari

Con lo scopo di approfondire le potenzialità anche degli altri prebiotici meno conosciuti, il gruppo di ricercatori svizzero ha voluto testarli separatamente su modelli in vitro di fermentazione continua detti “PolyFerms” basandosi sul microbiota di 2 donatori sani.

Quest’ultimi, D3 e D4, sono stati selezionati da un campione più esteso di soggetti (n=30) in base alla loro composizione batterica, risultata la più conforme a quella di un microbiota in buona salute, dimostrando entrambi alti livelli di Bacteroidetes e Firmicutes e pari grado di Shannon Index.

Differenze sono invece state registrate in termini di famiglie batteriche. D3 ha infatti mostrato un microbiota con una marcata espressione di Bacteroidaceae, Verrucomicrobiaceae e Methanobacteriaceae mentre D4 ha mostrato soprattutto la presenza di Prevotellaceae e Lachnospiraceae.

Come anticipato, questi due campioni di microbiota intestinale sono stati poi inoculati in piastre appositamente create per favorire la loro crescita e attività fermentativa, in condizioni controllate e indipendenti dall’ospite.

Al termine della fase di accrescimento e stabilizzazione, sono stati ottenuti due distinti “microbiomi di fermentazione” (F1 e F2) corrispondenti ai rispettivi microbiomi fecali dei donatori D3 e D4, seppur con minor stabilità e grado di omogeneità. Il modello creato ha permesso dunque di testare gli effetti dei 4 diversi supplementi prebiotici confrontandoli con una coltura di controllo.

La concentrazione di fibre introdotta ha rispettato quella mediamente introdotta con la dieta giornaliera, circa 9 grammi. I cambiamenti del microbiota sono stati monitorati con 16rRna, PCoA e OTUs mentre quelli relativi a SCFAs tramite HPLC, entrambi per un totale di 49 giorni.

Il microbiota F1 e quello di controllo hanno mostrato Firmicutes (56%) e Bacteroidetes (26%) come phyla dominanti, rapporto invertito invece in F2 il quale ha dimostrato prevalenza di Bacteroidetes su Firmicutes (58% vs 36%). All’interno di F1 sono stati registrati inoltre alti livelli di Bacteroidaceae mentre in F2 di Prevotella. Ruminococcaceae è invece risultato molto espresso in entrambi.

Alcune famiglie batteriche hanno registrato diversi gradi di espressione in vitro rispetto al microbiota fecale originario. A tal proposito, F1 ha visto un incremento di Acidaminococcaceae e Enterobacteriaceae mentre F2 di Prevotellaceae e di una specie inclassificata di Lactobacillales. La PCoA ha inoltre permesso una chiara separazione dei due profili microbici in vitro.

Relativamente alla produzione di SCFAs invece, dopo un primo periodo di colonizzazione e stabilizzazione di 12-15 giorni, la loro concentrazione totale ha raggiunto i 153 mM per F1 e 123 mM in F2. L’acetato ha dimostrato di essere il prodotto di fermentazione prevalente in entrambi mentre butirrato è risultato più presente in F1, propionato in F2. Tuttavia, tra il giorno 36 e 42 i livelli di espressione di SCFAs sono risultati stabili in entrambi.

Supplementi di fibre alimentari inducono risposte diverse a seconda del microbiota

Gli effetti di inulina, α-GOS, β-glucani e XOS, relativi alla risposta microbiologica e metabolica, sono stati determinati testandoli attraverso due cicli di somministrazione da 7 giorni, alternati a fasi di ri-stabilizzazione della durata di 5 giorni.

L’aggiunta di fibre ha permesso un generale aumento della produzione totale di acidi grassi a catena corta passando da 3 a 54 mM per F1 e da 16 a 38 mM per F2.

La sintesi di acetato è significativamente aumentata in entrambi i microbioti dopo l’introduzione di XOS e α-GOS rimanendo stabile invece con i β-glucani. F1 ha inoltre registrato un considerevole incremento di butirrato, passando da 2 a 96%, mentre quello di propionato è risultato marcato in F2 in seguito al supplemento di tutti e quattro i prebiotici.

Sempre in F2, l’inulina ha inoltre riportato aumenti nella produzione di butirrato oltre che vere e proprie interazioni metaboliche le quali hanno determinato un passaggio da un SCFAs a un altro da parte dei batteri coinvolti. A una crescita di butirrato si associa infatti una diminuzione o, al più, una stabilizzazione, di quelli di acetato. Di contro, un incremento di acetato comporta livelli stabili di butirrato.

È interessante inoltre notare come non siano stati osservati sostanziali cambiamenti a livello di un singolo OTU ma ad ampio spettro considerando anche le differenti predominanze di specie batteriche in F1 (Bacteroidetes-Ruminococcaceae) e in F2 (Prevotella-Ruminococcaceae).

Per fare un esempio, l’aggiunta di α-GOS ha promosso in F2, parallelamente al periodo di somministrazione, la crescita di Blautia, Eubacterium rectale e Lachnospiraceae, questi ultimi ridotti invece in F1. Diverse risposte batteriche tra i due microbiomi sono state registrate anche successivamente l’apporto degli altri prebiotici analizzati.

Il modello in vitro PolyFermS

Come ulteriore parametro di confronto temporale, è stato effettuato un terzo processo di fermentazione (F3) nel microbiota del soggetto D3 a 15 mesi di distanza dal primo trattamento con inulina e α-GOS.

L’analisi PCoA ha dimostrato una sostanziale omogeneità del microbiota in F1 e F3 sia in termini di composizione che di abbondanza relativa. Anche le concentrazioni di SCFAs sono risultate complessivamente comparabili. Analogamente all’aggiunta fatta in F1, anche su F3 l’inulina e α-GOS hanno prodotto rispettivamente un incremento della produzione di butirrato la prima e quello di Ruminococcaceae e Bacteroidaceae il secondo, associato a una diminuzione di Eubacteriaceae.

Riassumendo possiamo dunque affermare che:

  • è stato possibile dimostrare una risposta di butirrato e propionato consistente e dipende dal microbiota del donatore in seguito al supplemento di fibre;
  • il modello PolyFermS ideato ha permesso di replicare in vitro con successo la risposta fisiologica che andrebbe a profilarsi nell’uomo;
  • non sono stati osservati cambiamenti di microbiota consistenti e/o sistematici legati al supplemento di fibre ma solamente legati a livello di singole specie;
  • i cambiamenti di microbiota sono influenzati dalla tipologia di specie batterica dominante.

A detta degli stessi autori, lo studio presenta alcune limitazioni. L’ambiente in vitro infatti non è in grado di riprodurre esattamente le condizioni reali del colon. Dall’altra parte, è stato possibile ottenere risultati più “puliti”.

Rimane tuttavia aperta la strada verso ulteriori studi che vadano a indagare l’importanza dell’inter-individualità nella risposta al trattamento con prebiotici.

Silvia Radrezza

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