Stato dell’arte
I microbi intestinali sono stati correlati a una pletora di malattie, tra cui il cancro del colon-retto, le malattie infiammatorie intestinali e la sindrome dell’intestino irritabile. Anche la disregolazione dell’espressione genica dell’ospite è stata implicata in queste condizioni, ma non è chiaro quale sia il suo legame con il microbiota intestinale.
Cosa aggiunge questa ricerca
I ricercatori hanno sviluppato una piattaforma di machine learning per analizzare sia i modelli di espressione genica sia il microbiota intestinale di dozzine di campioni prelevati dal colon di pazienti con cancro del colon-retto, malattie infiammatorie intestinali e sindrome dell’intestino irritabile. Dai dati ottenuti è emerso che, indipendentemente dalla patologia, specifici microbi intestinali sono associati a pathway comuni implicati nell’infiammazione gastrointestinale, nella protezione della barriera intestinale e nel metabolismo energetico.
Conclusioni
I risultati suggeriscono che microbi simili possono influenzare la salute umana attraverso la regolazione di diversi geni dell’ospite.
I microbi che compongono il microbiota intestinale sono stati correlati a una pletora di malattie, tra cui il tumore del colon-retto, le malattie infiammatorie intestinali e la sindrome dell’intestino irritabile. Una nuova ricerca rivela che specifici microbi intestinali condividono pathway coinvolti in differenti patologie.
I risultati, pubblicati su Nature Microbiology, suggeriscono in particolare che microbi simili possono influenzare la salute umana attraverso la regolazione di diversi geni dell’ospite.
«I nostri risultati rappresentano un passo importante per caratterizzare l’associazione tra il microbioma intestinale e la regolazione genica dell’ospite e comprendere come il microbioma contribuisce all’eziologia della malattia», affermano i ricercatori.
Genetica umana e microbioma
Diverse ricerche condotte negli ultimi anni hanno riscontrato un’associazione tra l’abbondanza di batteri come Peptostreptococcaceae e Streptococcus e l’insorgenza di tumore del colon-retto, malattie infiammatorie croniche intestinali e sindrome dell’intestino irritabile.
Queste patologie sono risultate correlate anche alla disregolazione dell’espressione genica dell’ospite. Ad esempio, la disruption dei pathway di Notch e WNT è stata collegata al cancro del colon-retto, mentre un’alterazione della risposta immunitaria e dell’espressione di geni che svolgono un’azione antibatterica a livello intestinale sono state associate alla sindrome dell’intestino irritabile.
Per capire quale sia il legame tra il microbiota intestinale e la disruption dell’espressione genica dell’ospite, un gruppo di ricercatori guidati da Ran Blekhman della University of Minnesota ha sviluppato una piattaforma di machine learning per analizzare da entrambi i punti di vista i campioni prelevati dal colon di pazienti affetti da cancro al colon-retto, malattie infiammatorie intestinali e sindrome dell’intestino irritabile.
Pathway batterici comuni per diverse patologie
I ricercatori hanno scoperto che, indipendentemente dalla malattia, specifici microbi intestinali sono associati a pathway comuni implicati nell’infiammazione gastrointestinale, nella protezione della barriera intestinale e nel metabolismo energetico.
Per esempio, nel pathway di RAC1, che regola la riparazione della mucosa e la risposta immunitaria nell’intestino, la composizione del microbiota è risultata associata all’espressione di alcuni geni, alcuni dei quali sono stati rilevati in tutte e tre le patologie.
Per quanto riguarda invece il microbiota, specifici microbi sono risultati correlati a ciascuna malattia: ad esempio, il pathway di RAC1 era associato a batteri orali come Streptococcus e Synergistales nei pazienti con cancro del colon-retto, a microbi come Granulicatella e Clostridium in quelli affetti da malattie infiammatorie intestinali e a batteri come Bacteroides massiliensis, Bifidobacterium e Odoribacter nei soggetti con sindrome dell’intestino irritabile.
Inoltre, l’espressione genica di specifici pathway è risultata correlata ai microbi intestinali solo in una delle tre malattie.
Ad esempio, il pathway di Syndecan-1, che si ritiene possa regolare l’attività delle cellule tumorali, è stato associato ai microbi intestinali Parvimonas e Bacteroides fragilis (noti per promuovere lo sviluppo delle neoplasie intestinali) soltanto nei pazienti con cancro del colon-retto.
«Il pattern specifico del crosstalk tra il genoma dell’ospite e il microbiota riscontrato per ciascuna malattia suggerisce che i microbi intestinali, interagendo direttamente o indirettamente (ad esempio, attraverso la produzione di metaboliti specifici) con le cellule dell’ospite, possono regolare l’espressione genica in modo diversi a seconda della patologia», affermano i ricercatori.
Diverse interazioni
Dai dati ottenuti è emerso che alcuni microbi coinvolti in condizioni infiammatorie producono effetti diversi in base alla loro interazione con differenti geni dell’ospite e attraverso diversi pathway.
Ad esempio, lo streptococco è risultato associato nei pazienti con cancro del colon-retto a geni che regolano i pathway infiammatori, mentre nei pazienti con malattie infiammatorie croniche intestinali o sindrome dell’intestino irritabile a geni che modulano la risposta infiammatoria dei macrofagi.
«Sebbene diverse patologie possono essere caratterizzate da simili alterazioni del microbiota, singoli microbi possono avere un impatto su specifici processi fisiopatologici attraverso l’interazione con diversi geni dell’ospite», affermano i ricercatori.
Conclusioni
L’approccio di machine learning sviluppato in questo studio potrebbe essere applicato ad altre condizioni per identificare le interazioni tra il patrimonio genetico dell’ospite e il microbiota che possono influenzare i risultati clinici.
