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Panda giganti: gli enzimi per digerire il bambù li fornisce il microbiota intestinale

Uno studio pubblicato su Conservation Phisiology ha dimostrato che il microbiota intestinale dei cuccioli di panda cambia dopo il consumo di bambù.
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Panda giganti: gli enzimi per digerire il bambù li fornisce il microbiota intestinale

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Stato dell’arte
Nonostante i panda giganti abbiano una dieta a base di bambù, il loro microbiota intestinale assomiglia più a quello dei carnivori che a quello degli erbivori. Il loro patrimonio genetico manca, infatti, dei geni per la digestione del bambù.

Cosa aggiunge questa ricerca
Gli autori sostengono che il microbiota intestinale possa digerire il bambù per conto dei panda. Inoltre, nei cuccioli una dieta a base esclusivamente di bambù sembra far diminuire significativamente la diversità microbica. Lo scenario proposto è quello di una dieta piuttosto specializzata all’interno di un organismo con un sistema digerente sostanzialmente carnivoro.

Conclusioni
Generalmente una dieta ad alto contenuto di fibre, come quella a base di bambù, consente di aumentare significativamente la diversità batterica intestinale sia nell’uomo sia negli animali. Le evidenze di questo studio, però, suggeriscono che una dieta restrittiva, come quella a base esclusivamente di bambù, ingerita da un organismo carnivoro potrebbe essere responsabile della scarsa diversità batterica intestinale nei panda giganti.

In uno studio recentemente pubblicato su Conservation Phisiology, un gruppo di ricercatori guidato da Wei Guo del Chengdu Medical College (Cina), ha dimostrato che la diversità del microbiota intestinale dei cuccioli di panda diminuisce significativamente dopo aver consumato bambù. Le specie carnivore che si alimentano con diete vegetariane possiedono, infatti, una bassa diversità microbica.

Durante la crescita e lo sviluppo la dieta dei panda giganti, che vivono in cattività, subisce un sostanziale cambiamento, passando dal latte materno o artificiale e cibo supplementare (carote, frutta ecc.) al solo bambù. Le variazioni dinamiche del microbiota intestinale di 8 cuccioli di panda sono state analizzate mediante sequenziamento dell’RNA ribosomale 16S prima e dopo il cambio di dieta. I risultati ottenuti sono stati poi confrontati con quelli di panda rossi (carnivori erbivori) e altre specie carnivore. A supporto di questo studio, gli autori hanno condotto anche esperimenti in topi alimentati per l’80% con bambù e per il 20% con cibo per ratti, osservando che nei roditori la diversità del microbiota intestinale è risultata maggiore in seguito all’aggiunta di bambù nella loro alimentazione.

Come cambia il microbiota intestinale con l’età

I panda inclusi in questo studio sono stati suddivisi in 4 diversi gruppi:

  • S1, panda di età inferiore a 2 mesi
  • S2, panda di età compresa tra 3 e 12 mesi e senza presenza di bambù nelle feci
  • S3, panda di età superiore ai 6 mesi e con presenza di steli o foglie di bambù nelle feci
  • S4, panda di età superiore ai 6 mesi e con presenza di germogli di bambù nelle feci.

Dall’analisi di sequenziamento sono state ottenute quasi 5 milioni di sequenze valide. L’alpha-diversity, come indicato dagli OTUs e dall’analisi di Shannon, è significativamente più bassa nei panda adulti e in quelli del gruppo S3 rispetto ai gruppi S1 e S2. Inoltre, la struttura del microbiota intestinale dei gruppi S1, S2 e S3 è diversa da quella degli altri; in particolare, la struttura del gruppo S3 è molto simile a quella degli adulti.

Il microbiota intestinale dei cuccioli di panda gigante varia durante le fasi di crescita. La comunità batterica intestinale mostra una maggiore diversificazione tra gli animali del gruppo S1 rispetto ai gruppi S2 e S3, in cui le comunità sono dominate rispettivamente da Escherichia/Shigella, Streptococcus e Escherichia/Shigella. Nel gruppo S1 si ritrovano 4 famiglie batteriche non classificate: Bacteroides, Coriobacteriaceae, Veillonaceae e Trueperella. I risultati ottenuti suggeriscono che la struttura del microbiota intestinale dei panda dipende dall’alimento principale della dieta. A causa della dieta esclusiva a base di bambù, il gruppo S3 mostra un microbiota intestinale simile a quello del gruppo adulto.

Riguardo alla composizione dei batteri intestinali, l’abbondanza relativa di Streptococcus, Clostridium_XIVb, Clostridium_XI e Bacillales non classificato aumenta significativamente nel gruppo S3, mentre diminuiscono significativamente Lactobacillus, Lactobacillales_non classificato, Firmicutes_non classificato, Bifidobacterium, Bacteroides_non classificato, Actinomycetales_non classificato e Clostridiales_non classificato.

Allo scopo di individuare quali siano i fattori che effettivamente influenzano lo sviluppo delle comunità microbiche intestinali nei cuccioli di panda giganti, Wei Guo e i suoi colleghi hanno eseguito un’analisi multivariata della varianza su dieta, genetica, sesso, stagione ed età. Tra questi fattori si è visto che dieta, genetica e stagione correlano significativamente con le comunità batteriche in questione.

Per verificare se gli animali che mangiano bambù, che si sono evoluti da un sistema carnivoro, sono portatori di una diversità batterica intestinale più bassa rispetto ai carnivori, gli autori dello studio hanno deciso di confrontare il microbiota intestinale dei panda giganti che vivono principalmente di bambù con quelli carnivori: con molta sorpresa, non è emersa nessuna differenza significativa tra i panda che si nutrono di bambù e i panda rossi carnivori.

Impatto della dieta a base di bambù sull’alpha diversity

Successivamente, i ricercatori hanno eseguito un esperimento in vivo nei topi, con l’obiettivo di indagare l’alpha-diversity in correlazione all’aggiunta di bambù alla dieta. Da 136 campioni fecali sono state ottenute quasi 10 milioni di sequenze di buona qualità. Al contrario di quanto osservato nei panda giganti, l’alpha-diversity dei topi non mostra una tendenza a diminuire dopo l’introduzione del bambù. Anzi, l’indice di Shannon, utilizzato nell’analisi, aumenta, per poi diminuire dopo aver introdotto nuovamente cibo per ratti nella dieta. Inoltre, la comunità intestinale dei topi inclusi in questo studio appare diversa in base ai due tipi di alimentazione usati, così come anche il peso  (più basso nel caso di dieta a base di bambù e più alto nel caso di dieta a base di cibo per ratti).

Secondo quanto pubblicato in letteratura, tutti gli esseri viventi, dall’uomo ai cani agli altri animali, mostrano variazioni nell’alpha-diversity nel momento in cui vengono svezzati. Per esempio, l’abbondanza relativa nel gruppo S3 di Lactobacillus e Bifidobacterium diminuisce significativamente dopo lo svezzamento. Questi due generi batterici sono infatti di solito associati al consumo di latte. Inoltre, sempre nel gruppo S3 dopo aggiunta di bambù alla dieta l’abbondanza relativa di Clostridium_XIVb e Clostridium_XI aumenta; questi batteri, infatti, sono coinvolti nel metabolismo della cellulosa. Quest’ultimo risultato, quindi, suggerisce che la digestione di cellulosa ed emicellulosa nei panda avviene proprio grazie ai geni contenuti nel Clostridium

I panda rossi adulti, come i panda giganti, mostrano un’alpha-diversity più bassa rispetto ai cuccioli durante e dopo lo svezzamento. Nonostante l’alto contenuto di fibre nel bambù, i panda giganti e i rossi possiedono una diversità batterica intestinale più bassa rispetto agli altri carnivori. Questo dato è in contrasto alle precedenti evidenze secondo cui:

  • la diversità batterica intestinale degli erbivori è significativamente maggiore di quella di onnivori e carnivori
  • le fibre alimentari aumentano la diversità delle comunità microbiche nell’uomo e negli altri animali.

Diversi studi riportano dati sull’attività antimicrobica del bambù, secondo cui si ritiene possibile che la diminuzione dell’alpha-diversity nel microbiota dei panda giganti, dopo l’introduzione di questo alimento, sia dovuta proprio alla sua attività protettiva. Questa possibilità è stata testata sui topi, alimentati con bambù appunto. Contrariamente alle aspettative, la diversità nei topi aumenta, forse poiché i topi sono principalmente onnivori.

Conclusioni

Nel corso di milioni di anni, i panda giganti si sono evoluti con successo da carnivori a erbivori “mangia-bambù”, anche se possiedono ancora un tratto gastrointestinale dritto, corto e semplice. Nel momento in cui questi animali cambiano la loro dieta, che diventa esclusivamente a base di bambù, il tratto digerente carnivoro ne risente perché:

  • non è in grado di digerire fibre a basso contenuto nutritivo
  • sono necessari transiti intestinali più lunghi per fermentare le fibre.

Gli autori dello studio ipotizzano quindi che, nei panda giganti, un sistema digestivo carnivoro alimentato esclusivamente con bambù potrebbe determinare la bassa diversità del microbiota intestinale, se confrontata a quella di altri mammiferi.

Sarà quindi necessario condurre ulteriori studi volti ad analizzare il metatrascittoma, il metaproteoma e il metaboloma dei panda giganti allo scopo di rivelare il ruolo del microbiota intestinale nell’adattamento alla dieta a base di bambù.

Raffaella Gatta
Laureata in Biotecnologie per l‘Industria e per l’Ambiente, diventa nel 2009 PhD in Scienze Genetiche e Biomolecolari all’Università di Milano. Si è occupata di regolazione della trascrizione genica e di epigenetica. Ora si occupa di oncologia.

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