Stato dell’arte
Se da un lato è risaputo che la dieta può influenzare la composizione del microbioma umano, le conoscenze circa l’impatto di ingredienti dietetici sul funzionamento del microbioma intestinale sono relativamente scarse. L’amido resistente, per esempio, possiede diversi benefici confermati anche dal meccanismo alla base del processo metabolico che avviene nell’intestino durante la sua digestione.

Cosa aggiunge questa ricerca
Una dieta ad alto contenuto di amido resistente causa un aumento nel rapporto Firmicutes/Bacteroides, un aumento dell’abbondanza relativa di alcuni specifici membri dei Firmicutes e un contestuale aumento di pathway enzimatici coinvolti nel metabolismo dei lipidi nell’intestino. Dalla combinazione di diversi approcci molecolari volti a determinare quali sono i microrganismi intestinali coinvolti nella digestione dell’amido resistente e quali sono i pathway metabolici che essi regolano, sono emersi collegamenti tra specifici microrganismi intestinali e relativi metaboliti e proteine prodotti nell’intestino.

Conclusioni
Il presente studio ha migliorato la comprensione dell’impatto degli amidi resistenti sul metabolismo durante la loro digestione a opera dei componenti del microbioma intestinale insieme all’ospite. La forza di questo lavoro sta nell’integrazione dei risultati provenienti dai diversi livelli omici da cui è emerso che la dieta ad alto contenuto di amido resistente ha un impatto decisamente maggiore, rispetto ad altre diete, sul microbioma intestinale.

In un lavoro pubblicato su mBio, un gruppo di ricercatori tra Germania e Stati Uniti, guidato da Tanja Maier, ha studiato l’impatto dell’amido resistente (Resistant Starch, RS) sul microbioma intestinale e sui pathway metabolici, utilizzando una combinazione di approcci omici diversi (sequenziamento dell’RNA 16S, metaproteomica e metabolomica). I campioni analizzati sono stati reclutati durante uno studio alimentare randomizzato a base di diete contenenti basse o alte quantità di RS.

Dai cibi arricchiti in amidi resistenti un potenziale beneficio per la salute

I prebiotici sono una classe di carboidrati resistenti alla degradazione nell’intestino tenue, ma metabolizzati poi dai parassiti del colon, capaci di influenzare direttamente o indirettamente la salute dell’ospite. La quantità e il tipo di carboidrati che raggiungono il colon influenzano sia la composizione del microbioma intestinale sia i prodotti finali del metabolismo della degradazione microbica.

I cibi arricchiti in amido resistente ma fermentabile sono considerati prebiotici interessanti grazie al loro potenziale beneficio per la salute. RS è un esempio di carboidrato complesso e prebiotico relativamente resistente alla degradazione nell’intestino tenue a opera della α-amilasi. Il grado di resistenza alla degradazione è dipendente dal rapporto amilosio/amilopectina all’interno della molecola di amido. L’amilopectina, infatti, è un polimero del glucosio sensibile all’amilasi, mentre l’amilosio è uno zucchero più lineare quindi meno idrolizzabile.

I RS sono classificabili in 4 diversi tipi:

• amidi inaccessibili;
• amidi composti da granuli non gelatinizzati;
• amidi precursori dell’amilosio;
• amidi chimicamente modificati per diventare non digeribili.

Il microbiota intestinale varia in funzione della composizione dell’amido

Quindi, a seconda della composizione, il microbioma dell’intestino risponde in maniera diversa, aumentando la quantità di Bacteroidetes rispetto ai Firmicutes dopo una dieta RS 4, oppure l’opposto dopo una dieta RS 2.

Una volta che l’RS entra all’interno del colon, in seguito a fermentazione è convertito in butirrato, uno SCFA (short-chain fatty acid); il butirrato ha effetti benefici in quanto provvede al fabbisogno energetico delle cellule del colon migliorandone la sensibilità all’insulina. Gruppi tassonomici specifici coinvolti nel metabolismo dei RS sono Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale e Ruminococcus bromii.

Nello studio randomizzato condotto dal Maier e dai suoi colleghi, è stato valutato il microbioma proveniente da campioni fecali raccolti da una coorte di 39 individui, tutti con ridotta sensibilità all’insulina, ai quali era stata prescritta una dieta con alti o bassi livelli di RS. La dieta HRS (high RS) includeva amido di mais ad alto contenuto di amilosio, la dieta LRS (low RS) conteneva amido di mais convenzionale ad alto contenuto di amilopectina.

La dieta ad alto contenuto di amido resistente migliora i livelli di glucosio nel sangue

Con lo scopo di chiarire se questa dieta migliorasse la sensibilità all’insulina e di identificare il potenziale del microbioma intestinale durante la digestione degli RS, è stato usato un metodo di analisi basato sull’integrazione di diversi approcci “omici” che permettono di esaminare la metaproteomica e i relativi metaboliti nell’intestino.

Il primo importante risultato è stato che in risposta alla dieta HRS il livello di insulina post-prandiale cala notevolmente, come anche quello del glucosio. Ciò indica un potenziale utilizzo della dieta HRS per migliorare la regolazione dei livelli di glucosio nel sangue.

Amido resistente e struttura del microbioma intestinale: quale relazione

Inoltre, la dieta HRS causa anche uno shift nella struttura del microbioma intestinale: si rileva un notevole aumento nel rapporto Firmicutes/Bacteroides, suggerendo quindi che i membri dei Firmicutes possiedono un vantaggio selettivo sui membri dei Bacteroides in presenza di grandi quantità di RS nella dieta. Questi cambiamenti includono aumenti in quantità relative di specie appartenenti ai generi Faecalibacterium, Roseburia e Ruminococcus, associati alla produzione di butirrato. Non a caso questi generi batterici sono meno presenti nel microbiota intestinale di individui con diabete mellito di tipo 2. In linea con l’aumento di Faecalibacterium, Roseburia e Ruminococcus, aumentano anche butirrato e proprionato nelle feci degli individui che avevano consumato una dieta HRS.

Dall’analisi metaproteomica, è emerso che tra tutti i campioni analizzati le proteine che risultano influenzate appartengono ai seguenti pathway: traduzione, metabolismo dei carboidrati, trasporto, produzione e conversione di energia, metabolismo e trasporto degli aminoacidi, metabolismo dei lipidi. Con la dieta HRS correlano produzione e conversione di energia e metabolismo e trasporto dei nucleotidi.

Dall’incrocio dei dati ottenuti dal sequenziamento dell’RNA ribosomale 16S con i dati di proteomica è stato chiarito con estrema accuratezza il ruolo funzionale di tutti i membri del microbioma intestinale. Generalmente, si è trovata un’alta correlazione tra OTU (operational taxonomic unit) e abbondanza proteica; in altre parole, più proteine di determinati membri della comunità corrispondevano effettivamente a una maggiore presenza di quei membri comunitari. Per esempio, alcuni membri dei Firmicutes e dei Bacteroidetes risultavano molto abbondanti sia dalle analisi 16S che dalla grande quantità di proteine ritrovate. Le famiglie più abbondanti, con maggiori proteine identificate, sono state Bacteroidaceae, Ruminococcaceae, Lachnospiraceae e Prevotellaceae.

Dall’analisi della proteomica dei campioni relativi a dieta HRS è emerso anche un relativo aumento delle proteine coinvolte  nel metabolismo lipidico, quali per esempio le lipasi. Invece, le α-amilasi sembrano essere negativamente correlate alla dieta HRS, probabilmente a causa della naturale resistenza dell’amido che lo rende meno accessibile come substrato durante la digestione.

L’analisi dei metaboliti mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione ha fatto emergere ancora il coinvolgimento del metabolismo dei lipidi: infatti, i loro metaboliti sono significativamente più alti nella dieta HRS confrontata con quella di base. Questi metaboliti sono coinvolti nei pathway del metabolismo degli acidi grassi, nella biosintesi degli acidi biliari primari e secondari, nella biosintesi degli steroidi e nel metabolismo dell’acido linoleico e arachidonico.

Queste nuove evidenze suggeriscono quindi che i prodotti della fermentazione del RS nel colon sono ulteriormente metabolizzati dal microbioma intestinale e poi coinvolti nella biosintesi dei lipidi come anche nel metabolismo dei lipidi derivati dall’ospite.

Lo studio pubblicato su mBio rappresenta, quindi, la prima ricerca così approfondita su quali siano le proteine coinvolte nella degradazione e nel metabolismo dell’amido, la cui espressione aumenta in seguito a dieta HRS; rafforza inoltre l’importanza di specifici membri della famiglia dei Firmicutes nel metabolismo di carboidrati inclusi nelle diete, compresi anche gli enzimi per la produzione del butirrato prodotti proprio da questi microrganismi.

Il grande punto di forza di questa ricerca è che le proteine e i metaboliti sono raccolti da ospite e microbioma contemporaneamente, permettendo un approccio a diversi livelli, utile per monitorare il loro “interplay”. È piuttosto chiara, quindi, l’importanza di uno studio longitudinale, multi-omico che svela gli effetti dell’alimentazione sul microbioma e sulla salute.