L’ureasi, uno specifico enzima prodotto dai batteri presenti nell’intestino, sembrerebbe in grado di alterare la composizione del microbiota intestinale promuovendo l’insorgenza di patologie infiammatorie croniche.

Questo è quanto emerge da uno studio pubblicato in Science Translational Medicine e che riassume indagini basate su modelli murini, pazienti pediatrici e in età adulta affetti in particolar modo dal morbo di Crohn.

Coliti ulcerose e morbo di Crohn sono patologie infiammatorie croniche a carico dell’intestino. Analizzandone il profilo fisiopatologico risulta come una marcata alterazione della popolazione batterica intestinale sia caratteristica comune dei pazienti che ne soffrono.

All’instaurarsi della disbiosi concorrono tuttavia molteplici fattori quali dieta, assunzione di antibiotici o infiammazione preesistente. Ad oggi i meccanismi biologici alla base di queste patologie non sono stati ancora del tutto spiegati.

Josephine Ni e colleghi della University of Pennsylvania hanno quindi voluto verificare la possibile correlazione tra il processo di metabolizzazione batterica dell’azoto e le malattie infiammatorie intestinali.

Le evidenze di letteratura disponibili sostengono infatti come il metabolismo dell’azoto nel nostro intestino porti da un lato alla sintesi di amminoacidi ed enzimi fisiologici, dall’altro, se sostenuto da specifici ceppi batterici, al peggioramento dello stato infiammatorio e di disbiosi.

Alcune specie a livello del colon sfruttano l’enzima ureasi per la produzione di ammoniaca, la principale fonte di azoto necessario alla proliferazione in condizioni anaerobie.

Il ruolo dell’ureasi batterica nel microbiota intestinale murino

I ricercatori hanno quindi somministrato per via orale il complesso [15N2]urea rispettivamente a topi con microbiota intestinale fisiologico (gruppo 1), estremamente compromesso attraverso l’uso antibiotici e PEG (gruppo 2), e infine a topi con microbiota ridotto ma successivamente ricolonizzato con batteri a basso livello di ureasi (gruppo 3). Attraverso il marcatore [15N2]urea è stato possibile tracciare l’incorporazione di azoto nella sintesi di nuovi amminoacidi.

Confrontando i campioni fecali dei tre gruppi si è visto come nel gruppo 3 la quantità di marcatore legato ad amminoacidi sia notevolmente inferiore rispetto al gruppo di controllo ma comparabile a quello con microbiota compromesso. Questo dimostra il ruolo dell’ureasi nella sintesi amminoacidica.

Anche un’alterata espressione genica dell’ureasi è un fattore importante nel determinare la corretta proliferazione batterica intestinale. Per approfondire le potenzialità di questo enzima, sono stati successivamente inoculati nell’intestino del topo batteri Escherichia coli, un tipo di Proteobacteria, geneticamente ingegnerizzati per produrre rispettivamente alte o basse quantità di ureasi. Modelli murini con E. coli Ure+, nei quali cioè è stata incrementata la produzione dell’enzima, hanno dimostrato una generale proliferazione di Proteobacteria a 29 giorni dall’intervento a discapito del genere Firmicutes con conseguente peggioramento dello status infiammatorio e di disbiosi.

Una marcata riduzione dei Firmicutes, Clostridium in particolare, comporta di fatto a una compromissione anche della produzione di acidi grassi a catena corta (SCFAs), già più volte dimostrato essere protettivi nel mantenere l’omeostasi e la corretta funzionalità intestinale.

Al contrario, E. coli Ure- hanno comportato una maturazione sana del microbiota.

Peraltro, l’ureasi batterica ha un ruolo anche nel peggioramento di coliti ulcerose in modelli murini. Per verificarlo, un test di inoculazione analogo con E. coli Ure+/- è stato condotto anche in modelli murini predisposti all’insorgenza di colite ulcerosa. In linea con i precedenti risultati, topi ai quali erano stati somministrati E. coli Ure- presentavano alte concentrazioni del phylum Firmicutes, genere Clostridium incluso oltre che Ruminococcus, Dorea, Oscillospira e Peptostreptoccoccus.

Al contrario, E. coli Ure+ hanno comportato l’aggravamento della situazione clinica con aumento, anche in questo caso, di Proteobacteria e delle famiglie Enterobacteriaceae e Sphingomonodaceae.

Trapianto di microbiota e morbo di Crohn: una possibilità da studiare

Il trapianto di microbiota intestinale opportunamente selezionato e modificato per ridurre l’attività di ureasi potrebbe rappresentare un’alternativa terapeutica per le patologie infiammatorie intestinali nell’uomo.

Uno studio precedentemente condotto dallo stesso gruppo di ricercatori su 90 pazienti pediatrici con morbo di Crohn, ha infatti riscontrato una maggiore attività dei geni associati al metabolismo dell’azoto batterico se confrontata con i 26 controlli sani. Riproducendo inoltre le analisi su campioni fecali di pazienti in età adulta sono emersi alti livelli di aminoacidi e loro derivati in maniera direttamente proporzionale alla quantità di Proteobacteria presenti.

Il campo di ricerca rimane dunque aperto per la scoperta e l’approfondimento del ruolo di questo enzima, l’ureasi, e magari di altri metaboliti nel determinare il corretto sviluppo della stessa composizione batterica al fine di prevenire, oltre che alleviare, situazioni di dolore e disagio cronico che affliggono tante persone.