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Postbiotici e sistema immunitario: cosa dice la letteratura scientifica

I postbiotici hanno un attivo e ampio ruolo nella maturazione e funzionalità del sistema immunitario, superando alcuni limiti dei probiotici di cui rappresentano la naturale evoluzione.
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Postbiotici e sistema immunitario: cosa dice la letteratura scientifica

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Si sente molto spesso parlare di prebiotici, probiotici e addirittura simbiotici. Più nuovo è invece il mondo dei postbiotici. Vediamo dunque cosa sono questi postbiotici e quali sono le loro proprietà con una particolare attenzione al sistema immunitario. 

Il concetto di probiotici si basa sull’osservazione che gli effetti positivi del microbiota sono mediati dalla secrezione di vari metaboliti e frammenti batterici, di parete soprattutto. 

Esiste una definizione precisa, originatasi con una pubblicazione del 2012 [1] secondo cui con il termine “postbiotici” ci si riferisce a prodotti funzionali della fermentazione batterica (o micotica) in grado di promuovere la salute dell’ospite direttamente o indirettamente [2].

Tra i postbiotici troviamo, a titolo d’esempio, gli acidi grassi a catena corta (SCFAs), determinate proteine, eso-polisaccaridi, vitamine ecc. che vanno ad agire principalmente su immunomodulazione, prevenzione delle infezioni, regolazione del metabolismo di lipidi e colesterolo e attività antitumorale e/o antiossidante [2,3]. 

Le formulazioni postbiotiche non contengono quindi microorganismi vivi (come i probiotici). Portano dunque benefici riducendo allo stesso tempo l’eventuale rischio associato all’ingestione di ceppi batterici soprattutto in soggetti fragili come per esempio i soggetti immunocompromessi o con danneggiata permeabilità intestinale in fase infiammatoria acuta. 

Si evita inoltre il rischio di un’eventuale acquisizione di geni resistenti ad antibiotici o fattori di virulenza [3], oltre a non doverci più preoccupare di mantenere in vita ed a titolazione efficace i batteri, come avviene con i probiotici. A questi vantaggi se ne aggiungono altri di natura più commerciale. I postbiotici infatti hanno un periodo di conservazione a scaffale (shelf life) più lungo e richiedono meno attenzioni in termini di manipolazione. Con i postbiotici è anche più semplice la standardizzazione durante la fase produttiva [2].

Postbiotici che modulano il sistema immunitario

Proprio come i probiotici, anche i postbiotici non sono tutti uguali sia in termine di tipologia sia di attività. Come agiscono quindi e quali sono i ceppi batterici maggiormente coinvolti nella produzione di questi postbiotici? Eccone alcuni. 

Latte fermentato con Lactobacillus paracasei CBA L74, tra i postbiotici più studiati e caratterizzati per l’età pediatrica [4]. Postbiotici prodotti da Lactobacillus paracasei CBA L74 addizionati al latte in formula hanno infatti dimostrato protezione contro l’infezione dal patogeno enterico Salmonella typhimuriume da Rotavirus, uno tra i più comuni responsabili di gastroenteriti infantili, rappresentando un’alternativa più sicura e talvolta più efficace dei più comuni probiotici da usare in neonati dove il sistema immunitario è ancora non maturo [4-6]. Tali postbiotici hanno infatti presentato capacità nel regolare positivamente svariati meccanismi difensivi in vivo quali la modulazione della barriera intestinale, la stimolazione dell’immunità adattiva (immunoglobulina secretoria A, sIgA) e innata (defensine, catelicinida LL-37) o andando a ridurre il processo infiammatorio in caso di infezioni [4,7,8]. Non solo. Benefici sono stati registrati anche nella modulazione della struttura e funzionalità di neonati e bambini [9].

Concentrandosi sulla modulazione immunitaria, gli esopolisaccaridi sintetizzati da un vasto numero di taxa batterici, Bifidobacterium incluso [10], hanno per esempio dimostrato di avere le potenzialità di modulare la risposta immunitaria andando a interagire con le cellule dentritiche e macrofagi e di aumentare la proliferazione di linfociti T e NK [11]. 

I beta-glucani, una classe di esopolisaccaridi (EPS), supportano le difese immunitarie contro batteri, virus, parassiti o cellule tumorali interagendo con recettori nella superficie macrofagica [12]. Per confermare questi dati tuttavia devono ancora essere condotti studi di efficacia e sicurezza sull’uomo. 

Oltre agli esopolisaccaridi troviamo gli SCFAs, più regolarmente introdotti con la dieta quotidiana. Tra questi ad esempio, il butirrato è in grado di indurre la differenziazione delle cellule regolatorie T (Treg) a livello intestinale e aumentare la tolleranza alimentare attraverso l’incremento di citochine immunosopressive (IL-10, IFNs ecc) e, di contro, un abbassamento di quelle pro-infiammatorie (IL-18, IL-1b, IL-25 ecc). Il propionato invece aumenta la formazione di Treg periferiche andando a ridurre i livelli di infiammazione [13]. 

Andando oltre gli acidi grassi a catena corta, ci sono frammenti cellulari di Bacillus coagulans che hanno dimostrato di indurre la produzione di citochine antiinfiammatorie e promuovere la risposta immunitaria mediata da Th2 [14]. 

Esperimenti in vivo hanno ad esempio dimostrato come postbiotici nel latte in polvere derivati da Bifidobacterium breve C50 e Streptococcus thermophilus 065 siano in grado di prolungare la sopravvivenza e maturazione delle cellule dendritiche inducendo inoltre la produzione di IL-10.

Postbiotici derivati dagli stessi ceppi hanno poi mostrato di migliorare la funzionalità della barriera intestinale e stimolare la risposta mediata da Th1 in modelli murini. Aumentata anche la risposta dei linfociti Th1 in linfonodi mesenterici rispetto ai controlli [15]. 

Numerosi studi in vitro hanno inoltre registrato un’induzione nella maturazione e sopravvivenza di cellule dendritiche in colture di Bifidobacterium breve con un conseguente aumento della secrezione di IL-10 e inibizione di quella di TNF-alpha [16]. 

Ma non solo. Postbiotici come il polisaccaride A (PSA) o la proteina A di membrana (S-layer protein) contribuiscono marcatamente sulla regolazione della produzione di citochine pro- e anti-infiammatorie da parte di cellule dentritiche e cellule T supportando la protezione da patogeni e dall’induzione di colite in modelli murini [17]. 

Protezione da colite anche da parte di peptidoglicani derivati da un ceppo di Lactobacillus salivarius attraverso un aumento di IL-10 locali e dell’espansione di cellule dendritiche (CD103+ DCs) e T cells (CD4+Foxp3+) in linfonodi mesenterici [18].

Possibili applicazioni cliniche

Come abbiamo visto dagli esempi qui riportati, i postbiotici hanno un attivo e ampio ruolo nella maturazione e funzionalità del sistema immunitario

Un loro uso dunque si andrebbe a collocare, oltre nelle immediate attività facilitanti l’eubiosi intestinale, anche nella prevenzione e trattamento di patologie per le quali non abbiamo ancora terapie efficaci e/o risolutive (Alzheimer, patologie infiammatorie croniche intestinali ecc.) e per le quali si stanno attualmente cercando risposte nella modulazione microbica e di quanto ne deriva, postbiotici inclusi. 

Di particolare interesse è poi la loro implementazione nella dieta dei neonati considerandone la fragilità e la necessità di creare un ambiente ideale per la maturazione della flora batterica e del sistema immunitario [19].

Conclusioni

L’uso di metaboliti o prodotti di derivazione batterica sembra essere una valida alternativa/supporto alla medicina tradizionale grazie ai loro effetti immunomodulatori, ma anche antiinfiammatori, antiossidanti ecc., superando alcuni limiti dei probiotici di cui rappresentano la naturale evoluzione.

Ulteriori studi nell’uomo per confermare e, eventualmente, ampliare le applicazioni dei postbiotici sono attivamente in corso.

Riferimenti

  1. Tsilingiri K, Rescigno M. Postbiotics: what else? Benef Microbes. 2013 Mar 1;4(1):101-7. doi: 10.3920/BM2012.0046. PMID: 23271068 
  2. Żółkiewicz J, Marzec A, Ruszczyński M, Feleszko W. Postbiotics-A Step Beyond Pre- and Probiotics. Nutrients. 2020 Jul 23;12(8):2189. doi: 10.3390/nu12082189. PMID: 32717965; PMCID: PMC7468815.
  3. Sánchez, B.; Delgado, S.; Blanco-Míguez, A.; Lourenço, A.; Gueimonde, M.; Margolles, A. Probiotics, gut microbiota, and their influence on host health and disease. Mol. Nutr. Food Res. 2017, 61, 1600240.
  4. Bruno, C., Paparo, L., Pisapia, L. et al. Protective effects of the postbiotic deriving from cow’s milk fermentation with L. paracasei CBA L74 against Rotavirus infection in human enterocytes. Sci Rep 12, 6268 (2022).
  5. Imperial, I.C.V.J.; Ibana, J.A. Addressing the Antibiotic Resistance Problem with Probiotics: Reducing the Risk of Its Double-Edged Sword E ect. Front. Microbiol. 2016, 7, 1983.
  6. Zagato E, Mileti E, Massimiliano L, Fasano F, Budelli A, Penna G, Rescigno M. Lactobacillus paracasei CBA L74 metabolic products and fermented milk for infant formula have anti-inflammatory activity on dendritic cells in vitro and protective effects against colitis and an enteric pathogen in vivo. PLoS One. 2014 Feb 10;9(2):e87615.
  7. Nocerino, R. et al. Cow’s milk and rice fermented with Lactobacillus paracasei CBA L74 prevent infectious diseases in children: A randomized controlled. Clin. Nutr. 36, 118–125. (2017).
  8. Corsello, G. et al. Preventive effect of cow’s milk fermented with Lactobacillus paracasei CBA L74 on common infectious diseases in children: A multicenter randomized controlled trial. Nutrients 9, 669. (2017).
  9. Roggero, P. et al. Analysis of immune, microbiota and metabolome maturation in infants in a clinical trial of Lactobacillus paracasei CBA L74-fermented formula. Nat. Commun. 11, 2703. (2020).
  10. Ryan PM, Ross RP, Fitzgerald GF, Caplice NM, Stanton C. Sugar-coated: exopolysaccharide producing lactic acid bacteria for food and human health applications. Food Funct. 2015 Mar;6(3):679-93. doi: 10.1039/c4fo00529e
  11. Makino, S.; Sato, A.; Goto, A.; Nakamura, M.; Ogawa, M.; Chiba, Y.; Hemmi, J.; Kano, H.; Takeda, K.; Okumura, K.; et al. Enhanced natural killer cell activation by exopolysaccharides derived from yogurt fermented with Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus OLL1073R-1. J. Dairy Sci. 2016, 99, 915–923.
  12. Brown, G.D.; Taylor, P.R.; Reid, D.M.; Willment, J.A.; Williams, D.L.; Martinez-Pomares, L.; Wong, S.Y.;Gordon, S. Dectin-1 is a major beta-glucan receptor on macrophages. J. Exp. Med. 2002, 196, 407–412.
  13. Furusawa, Y.; Obata, Y.; Fukuda, S.; Endo, T.A.; Nakato, G.; Takahashi, D.; Nakanishi, Y.; Uetake, C.; Kato, K.; Kato, T.; et al. Commensal microbe-derived butyrate induces the differentiation of colonic regulatory T cells. Nature 2013, 504, 446–450
  14. Jensen, G.; Benson, K.; Carter, S.; Endres, J. GanedenBC30— cell wall and metabolites: Anti-inflammatory and immune modulating effects in vitro. BMC Immunol. 2010, 11, 15
  15. Ménard, S.; Laharie, D.; Asensio, C.; Vidal-Martinez, T.; Candalh, C.; Rullier, A.; Zerbib, F.; Megraud, F.;Matysiak-Budnik, T.; Heyman, M. Bifidobacterium breve and Streptococcus thermophilus Secretion Products Enhance T Helper 1 Immune Response and Intestinal Barrier in Mice. Exp. Biol. Med. (Maywood, N.J.) 2005,230, 749–756
  16. Hoarau, C.; Lagaraine, C.; Martin, L.; Velge-Roussel, F.; Lebranchu, Y. Supernatant of bifidobacterium breve induces dendritic cell maturation, activation, and survival through a toll-like receptor 2 pathway. J. Allergy Clin. Immunol. 2006, 117, 696–702
  17. Konstantinov, S.R., Smidt, H., De Vos, W.M., Bruijns, S.C., Singh, S.K., Valence, F., Molle, D., Lortal, S., Altermann, E., Klaenhammer, T.R. and Van Kooyk, Y., 2008. S layer protein A of Lactobacillus acidophilus NCFM regulates immature dendritic cell and T cell functions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 105: 19474-19479.
  18. Macho Fernandez, E., Valenti, V., Rockel, C., Hermann, C., Pot, B., Boneca, I.G. and Grangette, C., 2011. Anti-inflammatory capacity of selected lactobacilli in experimental colitis is driven by NOD2-mediated recognition of a specific peptidoglycan-derived muropeptide. Gut 60: 1050-1059.
  19. Khan, I.; Ullah, N.; Zha, L.; Bai, Y.; Khan, A.; Zhao, T.; Che, T.; Zhang, C. Alteration of Gut Microbiota in Inflammatory Bowel Disease (IBD): Cause or Consequence? IBD Treatment Targeting the Gut Microbiome. Pathogens 2019, 8, 126

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