Stato dell’arte
La prima colonizzazione batterica e il successivo sviluppo del microbiota nella prima infanzia influenzano la salute dell’organismo per l’intera durata della vita. Non è però tuttora chiaro quale sia il momento in cui inizia la colonizzazione e quali siano le conseguenze per il metaboloma.

Cosa aggiunge questo studio
Questo studio ha valutato il microbioma intestinale, il proteoma e il metaboloma di 88 neonati mediante l’analisi di campioni fecali raccolti nei primi giorni di vita, allo scopo di evidenziare i cambiamenti nel tempo e/o quelli associati ad altre variabili (modalità di nascita, allattamento ecc.).

Conclusioni
Nelle prime 16 ore dalla nascita l’espressione batterica intestinale è estremamente ridotta, per poi mostrare un rapido incremento a carico soprattutto di E. coli, E. faecalis e B. vulgatus. Questo aumento si accompagna a un’alterazione del metaboloma dell’ospite.

A 16 ore dalla nascita il panorama intestinale cambia notevolmente, con un aumento della componente batterica, fino a quel momento scarsamente espressa, e una diminuzione di una cinquantina di proteine dell’ospite. E. coli, E. faecalis e B. vulgatus sono risultati i ceppi maggiormente presenti. Il microbioma intestinale e il metaboloma iniziano quindi a interagire fin dalla nascita.

È quanto dimostra lo studio di Kyle Bittinger e colleghi del Children’s Hospital of Philadelphia, negli Stati Uniti, di recente pubblicazione su Nature Microbiology.

Microbiota del neonato e salute a lungo termine

Il microbioma infantile e il suo legame con la salute nel medio e lungo termine suscitano da tempo l’interesse dei ricercatori.

Le sue origini e le sue funzioni iniziali rimangono tuttavia poco chiare, come del resto i meccanismi che stanno alla base dell’interazione tra i batteri presenti nel meconio, ossia E. coli, Klebsiella ed Enterococcus, e il contesto biochimico generale dell’ospite.

Per approfondire tali aspetti, i ricercatori hanno analizzato i microrganismi presenti nell’intestino di 88 neonati mediante approccio metagenomico, proteomico e metabolomico. I campioni fecali sono stati raccolti da 2 minuti dopo la nascita (meconio) a 176 ore e a 1 mese. Di seguito i principali risultati.

Analisi metagenomica

L’analisi metagenomica ha mostrato che:

• E. coli, Enterococcus faecalis e Bacteroides vulgatus sono le specie più comuni nel meconio, seppur non caratterizzate da una singola impronta genomica. Non sono state riscontrate tracce virali negli stessi campioni, scarse quelle batteriofaghe
• a un mese dalla nascita il numero di specie batteriche è significativamente incrementato (beta-diversity) in particolare per quanto riguarda Veillonella, Streptococcus, Bifidobacterium ed Enterobacteriaceae
• l’abbondanza genica dei batteri ha mostrato notevoli alterazioni a un mese, con maggiore livelli di idrolasi glicosidiche utilizzate nella fermentazione dei carboidrati
• l’allattamento al seno è risultato associato all’aumento di Bifidobacterium a un mese
• la proporzione di DNA umano nel meconio ha mostrato una netta separazione, raggiungendo valori >80% in alcuni campioni, <50% in altri, per poi diminuire con il tempo, seppur con cinetiche differenti. Il parto naturale sembrerebbe accelerare il decremento di DNA umano a favore di quello batterico
• a 16 ore sono state registrate le maggiori alterazioni dell’espressione genomica. I campioni raccolti prima e dopo le 16 ore hanno infatti mostrato un quantitativo più elevato rispettivamente di DNA umano e di DNA batterico, con un aumento di quest’ultimo di circa 1,2 log/die
• anaerobi facoltativi appartenenti a Enterobacteriaceae e Bacilli (Streptococcus ed Enterobacter in particolare, seguiti da E. coli, E. faecalis e B. vulgatus) sono i primi ceppi a raggiungere un’abbondanza tale da essere rilevata. A questi si aggiungono, a 25 ore dalla nascita, anaerobi obbligati come B. vulgatus, Clostridia spp., Megasphera e Veillonella. Bifidobacterium spp. è stato invece registrato in campioni prelevati dopo oltre 100 ore dalla nascita. A un mese sono state riscontrate circa il 50% delle specie registrate nel meconio, con la maggior resistenza di B. vulgatus.

Analisi proteomica

Analizzando il proteoma dei neonati nel tempo è emerso che alterazioni del profilo proteico sono associate alla comparsa e/o proliferazione batterica. In particolare:

• 1.071 sono le proteine umane registrate nel meconio, 163 quelle batteriche. L’incremento di queste ultime si è però dimostrato tempo-dipendente e non correlato con la ricchezza batterica totale
• per 53 proteine umane è stata osservata un’abbondanza maggiore nei campioni di meconio a bassi livelli di DNA umano raccolti entro le 16 ore rispetto a quelli collezionati in seguito. Nessuna differenza proteica invece nei campioni ad elevato contenuto di DNA umano sin dalla nascita, suggerendo come l’abbondanza delle proteine sia batterio-dipendente, ma non tempo-dipendente
• proteine correlate a SERPINA3, CDC42 (cell division cycle 42) e FN1 (fibronectin 1), tutte associate allo sviluppo intestinale del neonato, hanno registrato una diminuzione di espressione con l’aumento della popolazione batterica.

Analisi metabolomica

Passando poi all’approccio metabolomico complessivo, è stato dimostrato che le caratteristiche del meconio sono correlate a una crescita batterica in ambiente anaerobio. In particolare:

• campioni di meconio a elevato contenuto di DNA umano mostrano un profilo metabolico simile. Di contro, quelli con scarso contenuto di DNA hanno registrato espressione differente per 55 metaboliti. Svariati aminoacidi (serina e treonina per esempio) hanno infatti mostrato una diminuzione, mentre sono aumentati i prodotti della fermentazione batterica, come succinato o acetato
• tutti i microrganismi, a eccezione di S. aureus, producono acetato; il succinato viene invece prodotto da E. coli, e asparagina e succinato da Veillonella dispar
• cambiamenti nelle concentrazioni di serina, treonina e succinato sono associati a livelli più elevati di ATP prodotti da E. coli nel meconio in condizioni anaerobie.

Conclusioni

In conclusione, dunque, il profilo metabolico del meconio sembrerebbe influenzato dalla crescita batterica che avviene, diversamente da quanto si pensava, in condizioni prevalentemente anaerobie. Microbioma e metaboloma dell’ospite interagiscono fin da subito. Ulteriori studi sono tuttavia necessari al fine non solo di confermare questi risultati, ma anche di indagare l’influenza di altri fattori, quali modalità di parto e farmaci, sullo sviluppo del microbioma intestinale a poche ore dalla nascita.