Le sigarette elettroniche sono davvero così sicure? Non sembrerebbe. Nonostante gli studi si siano finora concentrati sul loro impatto sul sistema respiratorio, il loro uso non passa inosservato nemmeno a livello orale, microbioma compreso.

Gli effetti maggiori si hanno infatti sull’alterazione dell’architettura del biofilm batterico. A questo si aggiunge una promozione di stress nell’ambiente subgengivale, con l’incremento dell’attività di geni pro-infiammatori e immunitari. Positiva è infatti la correlazione con l’espressione di citochine e fattori di virulenza.

È quanto dimostra lo studio di Sukirth Ganesan e colleghi della Ohio State University (Columbus, USA), di recente pubblicato su Science Advances, che per primo ha valutato gli effetti delle sigarette elettroniche nella cavità orale.

Sigarette elettroniche e impatto sulla salute

Dalla loro immissione in commercio nel 2003, l’uso di questi dispositivi è trasversale e in continuo aumento e, almeno finora, è stato considerato non solo molto più sicuro delle sigarette tradizionali, ma anche una valida alternativa ai metodi in uso (per esempio i cerotti alla nicotina) per smettere di fumare.

Il loro funzionamento si basa essenzialmente sul rilascio sotto forma di aerosol riscaldato di un mix di nicotina, glicerolo (e/o propilen glicole) e aroma.

La comunità batterica orale è la prima a esserne esposta e quindi, potenzialmente, a risentirne. Per approfondire questo aspetto ancora poco chiaro, i ricercatori hanno perciò analizzato il microbioma subgengivale di:

• fumatori di sigarette classiche (n=24)
• fumatori di sigarette elettroniche (n=20)
• ex-fumatori che utilizzavano al momento dello studio l’alternativa elettronica (n=25)
• fumatori di sigarette sia classiche sia elettroniche (n=28)
• non fumatori (n=25).

A ciò è stata abbinata una valutazione clinica della salute dentale e dei parametri infiammatori e immunitari complessivi. I risultati ottenuti dai tamponi raccolti sono stati poi validati in vitro, mimando le condizioni del biofilm batterico. Di seguito i principali risultati.

Così cambia il microbioma orale

I dati ottenuti hanno dimostrato che le sigarette elettroniche influenzano l’ecosistema periodontale in maniera direttamente proporzionale alla durata del loro uso. In particolare, a livello batterico sono state rilevate alterazioni funzionali soprattutto nel metabolismo di carboidrati. Seguono il metabolismo di proteine e aminoacidi.

Inoltre, l’abbondanza relativa di geni coinvolti nella formazione del biofilm (parete cellulare, sintesi della capsula, trasporto di membrana ecc.) è risultata del 4-7% in tutti i 20 fumatori di sigarette elettroniche.  Per quanto riguarda la caratterizzazione batterica è stato osservato che:

• sebbene 340 ± 37 (media ± SD) specie siano state identificate in ogni individuo, il 75% dell’abbondanza batterica è da attribuire a solo 59 di queste, indicando come la maggior parte siano taxa rari
• il 73% di tutte le specie identificate è condiviso dall’80% dei fumatori di sigarette elettroniche, il 40% da tutti i soggetti
• analisi networking evidenziano un’elevata interconnessione tra ceppi e omogeneità nei fumatori di sigarette elettroniche, suggerendo una riorganizzazione della struttura del microbioma locale. Il cluster maggiore conta 203 specie appartenenti ai generi Actinomyces, Capnocytophaga, Filifactor, Fusobacterium, Treponema, Tannerella, Prevotella, Selenomonas e Streptococcus.

Confrontando più nel dettaglio le caratteristiche batteriche dei diversi gruppi si è visto che:

• indipendemente dall’esposizione, il 30% del metagenoma è condiviso tra tutti gli individui, nonostante ci sia una significativa differenza di cluster sia tassonomica sia funzionale tra i fumatori e i controlli
• rispetto ai fumatori di sigarette classiche e ai controlli, anche nella parte di metagenoma condiviso, nel gruppo di fumatori di sigarette elettroniche è stato osservato l’arricchimento di 284 geni principalmente coinvolti nella biosintesi di alanina e arginina, nel metabolismo di poliammine, carboidrati, mono- di-oligosaccaridi, nella fermentazione e nella divisione cellulare. A questi seguono geni implicati nel metabolismo energetico, nella biosintesi di fattori di virulenza e di stress o del biofilm batterico
• sempre nel gruppo di fumatori di sigarette elettroniche l’alpha diversity tassonomica è risultata significativamente maggiore con, in particolare, livelli più elevati di Gram-negativi facoltativi. Il gruppo di fumatori “classici” ha invece mostrato un selettivo arricchimento di Gram-negativi anaerobi. Candidatus Saccharibacteria TM7x e specie dei generi Abiotrophia, Aggregatibacter Eikenella, Granulicatella, Cardiobacterium, Hemophilus, Johnsenella, Kingella, Lachoanaerobaculum, Lautropia, Leptotrichia, Mogibacterium, Ottowia, Parvimonas, Peptostreptococcus, Rothia, Rhodobacter,Selenomonas e Veillonella sono risultati infatti più espressi nel gruppo di fumatori di sigarette elettroniche rispetto ai restanti
• il 70% del metagenoma del gruppo di fumatori di sigarette elettroniche è risultato condiviso in più dell’80% dei soggetti. Di contro, l’80% dei fumatori e non fumatori condividono rispettivamente solo il 40% e il 50% del metagenoma
• il core microbico dei fumatori di sigarette elettroniche si è dimostrato non solo più “robusto”, contenendo il 96% delle specie totali, ma anche significativamente differenziato dai restanti gruppi, suggerendo come i vapori dei dispositivi influenzino effettivamente la componente batterica. In particolare, 49 geni codificanti per la parete cellulare, la biosintesi di peptidoglicani ed enzimi coinvolti nel metabolismo di proteine e aminoacidi sono risultati i discriminanti tra i gruppi di fumatori.

Analisi metagenomica e risposta infiammatoria

Considerando come il metagenoma dei fumatori di sigarette elettroniche abbia mostrato una maggiore espressione dei fattori di virulenza rispetto ai controlli, i ricercatori hanno approfondito l’aspetto infiammatorio correlato, dimostrando come i fumatori di sigarette elettroniche, analogamente ai fumatori di sigarette tradizionali, abbiano livelli significativamente maggiori di citochine pro-infiammatorie IL-2, IL-6, GM-CSF, TNF-α, inferiori invece di IL-10 o IL-6 (antinfiammatorie) rispetto ai non fumatori, oltre che di geni codificanti per fattori di stress ambientale e trasporto di metalli pesanti.

Se la risposta infiammatoria è la stessa, diversi sono i cambiamenti indotti nel microbioma dalle sigarette elettroniche rispetto alla classica sigaretta. Infatti, confrontando il profilo batterico dei diversi gruppi si è visto che, dal punto di vista filogenetico e funzionale, il microbioma dei fumatori di sigarette sia classiche sia elettroniche e degli ex fumatori ha mostrato una similarità significativamente maggiore ai fumatori di sigarette elettroniche rispetto ai non fumatori e ai fumatori di sigarette classiche.

Ricreando inoltre l’ambiente subgengivale in vitro, l’esposizione al vapore delle sigarette elettroniche ha confermato l’alterazione del biofilm batterico ipotizzato con i campioni prelevati dai soggetti inclusi nello studio. È risultata infatti indotta per esempio la sintesi di polisaccaridi capsulari, acido lipoteico, neuraminate, lipopolisaccaridi, histidine kinase sensors ecc. Viceversa, la sintesi di acido colanico si è mostrata ridotta.  Sono inoltre risultati alterati i meccanismi di regolazione di crescita batterica (quorum sensing).

La presenza di glicerolo e glicole nel fumo delle sigarette elettroniche rappresenta infatti una fonte di nutrienti, promuovendo la proliferazione batterica e l’alterazione della topografia del microbioma entro le 24 ore. La massa del biofilm aumenta ulteriormente in relazione al tempo di esposizione al fumo.

Da ultimo, i ricercatori hanno verificato il contributo relativo della nicotina e degli aerosol nelle alterazioni trascrittomiche registrate, confrontando in vitro l’impatto di aerosol senza nicotina o con 6 mg di nicotina e della sola nicotina in forma liquida (6 mg senza aerosol):

• solo 310 dei 7120 geni del biofilm primario hanno dimostrato di differenziarsi con l’esposizione all’aerosol con e senza nicotina, 2190 invece tra aerosol con nicotina e nicotina liquida
• non è stata riscontrata nessuna differenza significativa tra aerosol con e senza nicotina nell’espressione di pathway coinvolti nella regolazione della parete cellulare e nella formazione di biofilm. 158 geni codificanti per la parete cellulare e la capsula batterica hanno invece registrato una down-regolazione in seguito all’esposizione a nicotina liquida rispetto alla forma in aerosol, suggerendo come l’attività di trascrizione sia ridotta con le sigarette tradizionali
• l’esposizione a sigarette elettroniche non ha significativamente alterato il rapporto tra batteri vivi e morti.

Conclusioni

In conclusione, le sigarette elettroniche comportano notevoli alterazioni, soprattutto strutturali, al microbioma subgengivale in maniera proporzionale alla durata del loro utilizzo. È risultata inoltre aumentata la risposta infiammatoria e il carico dei fattori di virulenza.

Considerando l’importanza del microbioma per la nostra salute e l’uso diffuso delle sigarette elettroniche, è opportuno non sottovalutare il disequilibrio batterico che si verifica in seguito all’esposizione alle sigarette elettroniche  in quanto potrebbe aumentare il rischio di disturbi e/o patologie. Ulteriori studi longitudinali sono tuttavia necessari per approfondire questo aspetto nell’uomo.