Le nanoparticelle simili agli esosomi (ELNs- Exosome-like nanoparticles) derivate da piante come lo zenzero contengono RNA che regolano la composizione del microbiota intestinale e inducono la produzione di citochine associate alla funzione di barriera intestinale, alleviando la colite nei topi. Questa è la conclusione di uno studio condotto da Yun Teng, Yi Ren e dai loro colleghi dell’Università di Louisville, nel Kentucky, Stati Uniti. I ricercatori hanno riportato i loro risultati sulla rivista Cell Host & Microbe.

La dieta può alterare la composizione del microbiota intestinale, causando una vasta gamma di effetti sulla fisiologia dell’ospite. Le piante commestibili, in particolare, sono la principale fonte di energia per i microbi intestinali, ma non è noto se questi prodotti alimentari influenzino l’espressione dei geni batterici intestinali.

Studi precedenti hanno dimostrato che gli ELNs possono prevenire i danni al fegato indotti dall’alcol e la colite nei modelli murini. Per questo motivo, i ricercatori hanno deciso di valutare se gli ELNs possano essere assorbiti dai batteri intestinali e influenzare la loro biologia.

Gli RNA ottenuti da ELNs derivati dallo zenzero modellano il microbiota intestinale

In primo luogo, il team ha caratterizzato gli ELNs derivati dallo zenzero (GELNs – ginger-derived ELNs) sulla base della distribuzione delle dimensioni, della microscopia elettronica e dell’elettroforesi su gel, che ha rivelato la presenza di considerevoli quantità di RNA di piccole dimensioni. I topi che hanno ricevuto i GELNs hanno mostrato un cambiamento nella composizione del loro microbiota intestinale. In particolare, la percentuale di Lactobacillaceae è aumentata da circa lo 0,25% a quasi il 25%. Gli RNA dei GELNs hanno indotto cambiamenti simili.

Per valutare se i batteri intestinali assorbono gli ELNs alimentari, i ricercatori hanno etichettato i GELNs con una proteina fluorescente e li hanno somministrati ai topi. L’imaging confocale e la fluorescena delle cellule attivate hanno mostrato che i GELNs sono stati assorbiti dai microbi intestinali, in particolare da Lactobacillaceae.

Le colture in vitro di Lactobacillus rhamnosus con i GELNs suggeriscono che i GELNs promuovono direttamente la crescita di L. rhamnosus.

I GELNs regolano l’espressione di mRNA e proteine batteriche

Per esplorare il meccanismo con cui i batteri assumono gli ELNs, i ricercatori hanno utilizzato la spettrometria di massa per esaminare i profili lipidici di ELN. I lipidi derivati dai GELNs sono stati arricchiti in acidi fosfatidici (PA), in particolare 1,2-dilinoleico-sn-glicerolo-3-fosfato e 1-palmitolo- 2-linoleico-sn-glicerolo-3-fosfato.

Gli esperimenti in cui ai topi sono stati somministrati i GELNs con o senza PA hanno dimostrato che questi lipidi contribuiscono all’assorbimento e all’accumulo degli ELNs nell’intestino.

Successivamente, i ricercatori hanno valutato se i GELNs influenzano anche l’espressione genica e la produzione di proteine in L. rhamnosus.

Il sequenziamento dell’RNA e le analisi proteomiche hanno dimostrato che 398 mRNA e 149 proteine sono aumentati e 249 mRNA e 133 proteine sono diminuiti in L. rhamnosus trattati con i GELNs.

In particolare, l’attività della proteina specifica del piloro SpaC era ridotta sia a livello di RNA che di proteina, impedendo la traslocazione di L. rhamnosus nelle cellule epiteliali intestinali. Il GELN-RNA ath-miR167a sembra regolare l’espressione di SpaC.

Gli RNA dei GELNs inducono l’espressione di IL-22 e inibiscono la colite nei topi

I topi trattati con gli RNA associati ai GELNs sono risultati più protetti contro la colite rispetto ai topi trattati con RNA “mischiato”, il che suggerisce che gli RNA associati ai GELNs hanno un effetto protettivo. Il trattamento con gli RNA associati ai GELNs hanno:

• inibito la produzione delle citochine pro-infiammatorie IL-1β e TNF-α
• innescato la produzione di IL-22 nel muco del colon
• aumentato i livelli di indolo-3-carbossaldeide (I3A) e diminuito quelli di indolo-3 acetamide (I3AM) nelle feci dei topi

Il trattamento con gli RNA dei GELNs in topi privi di germi non ha indotto la produzione di IL-22, suggerendo che l’induzione di IL-22 dipenda dai batteri.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che I3A induce l’espressione di IL-22, che è la chiave per la funzione di barriera intestinale.

In sintesi, i GELNs sono assorbiti dal microbiota intestinale attraverso i lipidi e cambiano la sua composizione. I GELNs arricchiti con PA sono preferenzialmente assorbiti da L. rhamnosus e regolano la sua crescita e l’espressione genica. Questi RNA modulano anche la fisiologia dell’ospite inducendo la produzione della citochina IL-22 e alleviando la colite nei topi.

Questi risultati suggeriscono un meccanismo attraverso il quale i GELNs vengono assorbiti da batteri intestinali, come L. rhamnosus, e fornisce una prima visione di come gli ELNs derivati dal cibo regolano sia i microbi intestinali sia le cellule ospiti.

Traduzione dall’inglese a cura della redazione.