La composizione del microbiota intestinale umano può modificarsi, contribuendo allo sviluppo di patologie come obesità, diabete e malattie infiammatorie croniche intestinali. Di recente, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un modello matematico che identifica gli stati di disbiosi in diverse condizioni, offrendo un metodo non invasivo per monitorare la salute intestinale.
I risultati, pubblicati su Science, suggeriscono che il monitoraggio dei cambiamenti nella rete di interazioni microbiche potrebbe aiutare a individuare e tracciare le patologie intestinali, fornendo informazioni utili per interventi basati sul microbiota.
I probiotici o i trapianti fecali mirano a ripristinare l’equilibrio del microbiota intestinale, ma spesso i loro effetti sono imprevedibili. Questo perché le interazioni microbiche, ovvero le modalità con cui il microbiota si sposta tra “stati stabili”, sono ancora poco comprese. Inoltre, prevedere gli esiti con modelli computazionali rimane ancora oggi una sfida.
Per colmare questa lacuna di conoscenza, Roberto Corral López dell’Università di Granada, in Spagna, e i suoi colleghi hanno sviluppato un modello matematico che traccia la crescita batterica, l’utilizzo dei nutrienti e le interazioni tra i microrganismi.
Due stati distinti
Utilizzando parametri biologici realistici, il modello sviluppato dai ricercatori è stato in grado di riprodurre le principali caratteristiche osservate nelle reali comunità intestinali, tra cui la varietà di specie e le fluttuazioni nella loro abbondanza. Inoltre, il modello è stato in grado di dimostrare che comunità microbiche diverse possono svolgere le stesse funzioni metaboliche, analogamente a quanto osservato nei microbiota intestinale umano.
Con questo modello, i ricercatori hanno identificato due distinti stati del microbiota: uno “sano” con molte specie batteriche in rapido ricambio e uno “disbiotico” dominato da poche specie che persistono a livelli stabili. Questi stati rispecchiano schemi reali osservati in condizioni come le malattie infiammatorie croniche intestinali.
Nello stato disbiotico, la diversità è inferiore, sono attivi meno pathway metabolici e pochi batteri dominano la comunità. Gli stati sani, al contrario, presentano una maggiore sovrapposizione di funzioni metaboliche sono caratterizzati da ridondanza e stabilità.
Equilibrio microbico
Ulteriori analisi hanno rivelato che i microbiota sani sono caratterizzati dalla competizione, mentre le comunità associate a malattie formano consorzi che sfruttano i nutrienti disponibili. I ricercatori hanno anche sviluppato un parametro chiamato indice di equilibrio della rete ecologica (ENBI), che confronta l’equilibrio tra interazioni positive e negative in una comunità. Dai dati ottenuti è emerso che l‘ENBI aumenta negli stati di disbiosi, riflettendo interazioni positive più forti tra i microbi.
Questo indice è risultato anche correlato alla progressione della malattia, suggerendo un suo possibile utilizzo come strumento di allerta precoce non invasivo per le malattie, sebbene non consenta da solo di identificare specifiche patologie.
«Grazie alla sua capacità di identificare le interazioni ecologiche in modo ampio e generale, il nostro modello potrebbe essere facilmente adattato ad altri microbiota umani, come quello vaginale o orale, o a quello delle piante e del suolo. Inoltre, questo modello potrebbe essere utile per prevedere i potenziali esiti di interventi terapeutici come probiotici o trapianti fecali» concludono gli autori dello studio.
