Dalle salse per condimenti ai prodotti da forno ogni giorno assumiamo quantità significative di derivati artificiali della cellulosa, impiegati anche in diversi farmaci orali. Questi polimeri, considerati poco digeribili, sono infatti apprezzati per le proprietà addensanti e stabilizzanti. Ma qual è il ruolo della flora batterica intestinale nel loro metabolismo?
È la domanda di partenza di un gruppo dell’University of British Columbia che ha saggiato la capacità delle specie del phylum Bacteroidota di crescere sui β-glucani, la matrice naturale della parete cellulare vegetale. Lo studio, uscito sul Journal of Bacteriology e coordinato da Deepesh Panwarda, fornisce una prospettiva nuova: i commensali, in particolare diverse specie di Segatella (precedentemente Prevotella), sono in grado di degradare polimeri sintetici, come carbossimetilcellulosa o metilcellulosa, ma solo in presenza dei glicani naturali.
Il ruolo di Bacteroides e Segatella
Diversi ceppi di Bacteroides (B. ovatus ATCC 8483 eB. uniformis ATCC 8492) e Segatella (S. copri DSM18205, S. sinica HDE06, S. copri HDA04, S. copri HDD04, S. hominis HDD12 e S. brasiliensis HDD05) sono in grado di degradare i cellulosici modificati (carbossimetilcellulosa, metilcellulosa, idrossipropilmetilcellulosa e idrossietilcellulosa) solo in presenza di un β-glucano a legame misto (MLG) o di xiloglucano (XyG). S. copri DSM18205 e i due ceppi Bacteroides, in particolare, contengono ciascuno polisaccardi, xiloglucano e β-glucano a legame misto, che includono enzimi come endoglucanasi della membrana esterna o endoxiloglucanasi delle famiglie di glicosidi idrolasi GH16 e GH5.
I β-glucani vegetali stimolano il metabolismo degli eteri della cellulosa
In laboratorio XyG ha determinato una crescita notevole dei ceppi sulla carbossimetilcellulosa (CMC), mentre ha avuto un effetto inibitorio sull’idrossipropilmetilcellulosa (HPMC). In S. brasiliensis HDD05 e S. copri HDD04 XyG ha aumentato la crescita anche su metilcellulosa (MC) o HPMC. MLG ha avuto un effetto analogo in S. sinica HDE06.
Analizzando singolarmente il comportamento di S. copri DSM18205eS. sinica HDE06, il team ha scoperto che la proliferazione aumentava all’aumentare della concentrazione dei polisaccaridi, raggiungendo il picco quando MLG o XyG venivano aggiunti a 4,5 g/l di CMC, MC e HPMC. Ad esempio, MLG potenziava la crescita di S. copri DSM18205 sull’idrossietilcellulosa (HEC), mentre XyG sembrava inibire quella di S. sinica HDE06 sulla stessa molecola.
Le endoglucanasi chiave nella degradazione dei derivati della cellulosa
Per capire quali enzimi fossero coinvolti nel processo, i ricercatori hanno analizzato nel dettaglio la genetica del sistema MLG-PUL in S. copri DSM18205. L’attività sui cellulosici modificati è risultata piuttosto debole, sebbene l’analisi di espressione genica (RT-qPCR) abbia mostrato che alcuni geni, in particolare quelli che codificano per l’enzima GH5_4 (locus NQ544_01010) e per un trasportatore TBDT (locus NQ544_01015), fossero più attivi rispetto a geni simili appartenenti al sistema XyG-PUL (rispettivamente loci NQ544_02190 e NQ544_02170). Un altro gene (locus NQ544_02230), che produce un’endoglucanasi GH5_4 multifunzionale, ha mostrato la massima attività su MLG e HPMC, favorendo la degradazione del polimero MLG-mediata da parte di S. copri DSM18205.
XyG favorisce il metabolismo dei celluloderivati in presenza di CMC
Infine, durante la crescita di S. copri DSM18205 su una miscela di XyG e CMC, i ricercatori hanno osservato una sovraregolazione coordinata dei geni chiave sia di MLG-PUL sia di YyG-PUL (codificati rispettivamente dai loci NQ544_02190 e NQ544_01010) implicati nella degradazione dei polimeri sintetici, al contrario del gene NQ544_02230. Questi dati di suggeriscono che diversi geni enzimatici si riattivino quando il batterio entra in contatto con polisaccaridi naturali ed è probabile, secondo gli autori, che altre endoglicanasi non ancora identificate contribuiscano a questo processo.
Conclusioni
Il microbiota è fondamentale nel metabolismo dei derivati artificiali della cellulosa. Tuttavia, sono necessarie analisi più ampie che tengano conto, ad esempio, anche delle differenze tra ceppi e la relativa biochimica. La presenza dei β-glucani vegetali nelle diete umane fa pensare a un meccanismo di innesco simile a quello osservato, che però andrà confermato attraverso futuri studi clinici.
