La dieta influisce notevolmente sul microbioma intestinale, ma quali sono invece gli effetti di un singolo pasto? D. Joshua Parris e colleghi del Georgia Institute of Tecnhology hanno cercato di dare una risposta a questo quesito con uno studio, pubblicato di recente sulla rivista Applied and Enviromental Microbiology. La ricerca è stata condotta su 120 pesci pagliaccio (Premnas biaculeatus) e ha dimostrato come, dopo aver mangiato, la composizione del microbioma intestinale e la risposta genetica a esso associata cambi in maniera transitoria.

Per affermarlo, i ricercatori hanno suddiviso i pesci in tre gruppi in base alla frequenza dei pasti ovvero quattro volte/die, una volta/die e una volta ogni tre giorni. Tale regime è stato applicato per 30 giorni. Al termine di questo periodo è stato analizzato il microbioma intestinale rispettivamente prima del pasto, dopo un’ora e mezza e a tre, cinque e nove ore. Sono poi state eseguite analisi sulla componente batterica di acqua e cibo.

Composizione del microbioma di acqua, cibo e intestino

L’analisi 16S rRNA ha dimostrato che la composizione del microbioma di acqua, cibo e intestino è generalmente diversa, mentre i valori di alpha diversity sono paragonabili. Nel dettaglio:

• più del 90% dei batteri riscontrati nell’acqua appartengono alle famiglie Flavobacteriaceae (Bacteroidetes), Methylophilaceae (Alphaproteobacteria) e Rhodobacteraceae (Alphaproteobacteria)
• il cibo è dominato per circa il 70% dalle famiglie Phormidiaceae e Streptophyta (Cyanobacteria), Pseudoalteromonadaceae (Gammaproteobacteria) e Rickettsiales (Alphaproteobacteria)
• le famiglie Clostridiaceae (Firmicutes), Mycobacteriaceae (Actinobacteria) e Vibrionaceae (Gammaproteobacteria) sono le più espresse a livello intestinale
• alcuni gruppi, appartenenti soprattutto a Vibrionaceae, sono invece stati riscontrati sia nel cibo sia nell’intestino

Frequenza dei pasti e tempi di raccolta sul microbioma

Si è poi indagato se la frequenza dei pasti e le tempistiche di raccolta dei campioni incidessero sui risultati relativi alla composizione e alla biodiversità. Entrambi i parametri non hanno mostrato variazioni tra i gruppi per quanto riguarda la frequenza dei pasti, che non sembra quindi influire particolarmente sul microbioma.

Di contro, alterazioni significative, tali da permettere la suddivisione in due distinti clusters, sono state riscontrate in base ai diversi momenti di campionamento.

• campioni raccolti subito dopo il pasto (a un’ora e mezza e a tre ore) hanno mostrato tra loro analogia di composizione, differente da quella espressa da campioni raccolti successivamente (a cinque e nove ore)
• il microbioma dei campioni raccolti al punto intermedio (a cinque ore) ha mostrato la maggiore variabilità

Anche l’alpha diversity ha mostrato variazioni tempo-dipendenti con livelli minimi prima del pasto. Dopo un’ora e mezza i valori sono raddoppiati per poi decrescere gradualmente.

Considerando poi le variazioni di abbondanza si è osservato che:

• Clostridium perfringens rappresenta l’ESV (exact sequence variants) nel complesso più presente, raggiungendo il 50-56% della componente batterica nei campioni del pre-pasto e in quelli raccolti a un’ora e mezza, e il 29-35% in quelli successivi. Tale variazione non è però significativa
• 57 ESVs hanno invece mostrato alterazioni di espressione significativa in base al tempo. La maggior parte di questi, Photobacterium spp. in particolare, sono incrementati notevolmente da prima del pasto a un’ora e mezza dopo. Di contro, il genere Streptoccoccus e membri non classificati dell’ordine Altermonadales hanno mostrato un decremento
• tutti i 57 ESVs tempo-dipendenti (a eccezione di uno) sono stati riscontrati anche nel cibo sebbene in proporzioni minori

Analisi dell’espressione genica

Da ultimo, i ricercatori hanno condotto analisi di metagenomica e metatranscrittomica per valutare gli eventuali cambiamenti a livello di funzionalità ed espressione genica.

• delle 329 categorie di geni identificate nessuna ha mostrato differenze di espressione tra i gruppi e nei campioni raccolti prima del pasto
• di contro, 111 categorie di geni funzionali hanno presentato diversa abbondanza tra i campioni in condizioni di digiuno (pre-pasto e dopo 9 ore dal pasto) e quelli intermedi (1.5, 3 e 5 ore)
• le funzionalità maggiormente espresse in presenza di cibo sono associate all’interazione tra batteri e tra batteri e ospite (motilità, invasione batterica, chemotassi ecc.)
• durante il digiuno sono invece più attive le funzionalità legate all’anabolismo e catabolismo (metabolismo, degradazione, biosintesi ecc.)
• 267 geni hanno mostrato alterazione nella trascrizione tra i campioni raccolti nel periodo di digiuno (pre-pasto e a 9 ore) e i restanti. La maggior parte di quelli sovra-espressi nel primo gruppo sono associati, per esempio, al metabolismo dei carboidrati e del piruvato o alla degradazione di cellulosa e altri complessi organici. Di contro, geni di replicazione o ricombinazione del DNA sono più attivi in fase post-prandiale

Sulla base dei dati ottenuti da questo studio possiamo concludere che anche il singolo pasto, e non solo la dieta nel suo complesso, influisce sul microbioma dei pesci alterando soprattutto l’espressione di batteri associati al cibo seppur in modo transitorio.

Raccogliere campioni di microbioma in diversi momenti rispetto all’ultimo pasto potrebbe quindi dare risultati differenti in termini di composizione e funzionalità batterica.