La biodiversità, e quindi la salute del microbiota intestinale, sembrerebbe correlata al profilo metabolico del sangue, in particolare a 40 metaboliti. Nell’ottica di una medicina sempre più personalizzata e volta alla prevenzione, monitorarne i livelli potrebbe quindi rappresentare un valido strumento di screening; l’analisi metabolomica è infatti risultata più affidabile dei consueti test di laboratorio o di un approccio focalizzato solo sul proteoma.

Queste sono le conclusioni di un’ampia indagine condotta da Tomasz Wilmanski, Noa Rappaport e colleghi dell’Institute for System Biology (Seattle, USA), recentemente pubblicata su Nature Biotechnology.

Cambiamenti nella composizione e/o nella struttura del microbiota intestinale sono stati associati a svariati quadri patologici, dal diabete a disordini infiammatori cronici. Anche il quadro metabolico dell’ospite ha mostrato in più occasioni una forte correlazione con quello batterico. Fino a che punto affidarsi o su cosa puntare per prevedere le caratteristiche del microbiota intestinale rimane però ancora poco chiaro.

Partendo da un loro precedente studio che ha analizzato il microbiota e dati di metabolomica, genomica, proteomica  di 108 soggetti sani, i ricercatori hanno ampliato il campione includendo un totale di 399 individui, di cui 142 normopeso, 134 in sovrappeso, 66 obesi di classe 1 e 57 di classe 2/3, al fine di valutare le caratteristiche dell’associazione tra metaboloma plasmatico e alpha-diversity batterica. I risultati ottenuti sono stati quindi confrontati con quelli ricavati da ordinari test di laboratorio e da studi prettamente di proteomica. Di seguito i risultati principali.

In base all’analisi LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator), dei 659 metaboliti monitorati, solo 40, appartenenti alle classi di xenobioti, lipidi e aminoacidi, sono risultati fortemente associati nonché predittivi dei valori di alpha-diversity (indice di Shannon) intestinale, spiegandone il 45% della variazione.

Tra questi, 11 (5α-androstano-3β-17α diol solfato, ippurato, cinnamoilglicina, p-Cresolo solfato, metil glucopiranoside, acido perfluoro-octane-sulfossido o PFOS, 3β-idrossi-5-colestenoato e glicolitocolato solfato) hanno mostrato i più alti livelli di correlazione, rappresentando perciò potenziali biomarcatori plasmatici di Shannon diversity. È stata inoltre rilevata una correlazione simile anche con altri indici di biodiversità batterica (Chao1 e PD).

L’attenzione si è quindi focalizzata su questi 40 metaboliti, dimostrando per esempio che:

• 16 sono correlati alla variazione di microbiota inter-individuale
• la concentrazione plasmatica di 5α-androstano-3β-17α è significativamente maggiore negli uomini rispetto alle donne. L’associazione tra questo metabolita e l’indice di Shannon si conferma comunque per entrambi i sessi
• 5α-androstano-3β-17α e glicoticolato solfato sono negativamente associati al genere Bacteroidetes, che è invece positivamente associato con isoursodeossicolato. Quest’ultimo ha di contro mostrato associazione negativa con vari generi del phylum Firmicutes.

Dal confronto del potenziale predittivo dell’analisi del metaboloma plasmatico rispetto a 77 test di laboratorio o studi di proteomica è invece emerso che:

• i risultati dei test di laboratorio offrono in generale una scarsa predizione dell’indice di Shannon. Dei 77 analizzati, solo per 28 sono stati registrati sufficienti livelli di affidabilità predittiva
• nessuno dei singoli analiti clinici ha “spiegato” più del 6% di variazione della biodiversità. I risultati migliori sono da attribuire a LPIR (lipoprotein insuline resistance), trigliceridi e insulina. Una volta corretti i valori per sesso, età e BMI, solo LPIR e trigliceridi si sono confermati significativamente associati con l’indice di Shannon
• dall’analisi proteica del plasma di 262 individui sono state individuate 263 proteine, 41 delle quali significativamente associate alla biodiversità batterica. Tra queste il recettore per LDL, idrossiacido ossidasi 1 e serina proteasi 8.

Nonostante l’analisi del proteoma plasmatico sia in grado di predire la struttura del microbiota con maggiore affidabilità rispetto ai test di laboratorio, rimane tuttavia ancora più debole rispetto all’approccio metabolomico.

I ricercatori hanno quindi valutato l’eventuale correlazione tra salute gastrointestinale o uso di antibiotici con i valori di biodiversità basandosi su questionari compilati dai soggetti inclusi nello studio e relativi alla loro situazione clinica e al loro stile di vita.

Nel caso della frequenza di diarrea e del dolore addominale è stata registrata un’associazione negativa sia con l’indice di Shannon reale sia con quello previsto sulla base del metaboloma (mShannon). È stata rilevata invece un’associazione positiva per entrambi con gli episodi di costipazione e con l’uso di antibiotici. Risultati simili sono stati ottenuti anche con metriche Chao1, PD, LASSO e test più approfonditi, suggerendo nel complesso come tutti gli eventi noti per essere associati alla struttura e alla salute batterica si riflettano sul metaboloma dell’ospite.

Dalla salute gastrointestinale i ricercatori sono passati all’eventuale associazione tra metaboloma e microbiota in condizioni di obesità. Suddividendo i soggetti inclusi in base al loro BMI e confrontando le loro caratteristiche batteriche è emerso che:

• l’alpha-diversity diminuisce all’aumentare del BMI, come del resto l’espressione di biomarcatori associati a uno stato di salute
• è stata registrata un’associazione positiva tra i metaboliti pro-infiammatori, quali IL-6 o proteina-C reattiva, e il BMI
• non è stata rilevata nessuna associazione tra 5α-androstano-3β-17α e Shannon diversity nel gruppo di individui con obesità di classe 2/3, correlazione significativa invece nei sovrappeso o negli obesi di classe 1. Andamento simile per il 3β-idrossi-5-colestenoato, intermedio degli acidi biliari
• la concentrazione di PFOS ha mostrato una più forte correlazione con la biodiversità nel gruppo di individui con obesità di classe 2/3, rispetto ai sovrappeso o agli obesi di classe 1, spiegando il 22,4% della variazione di Shannon diversity. Nessuna correlazione invece nei normopeso.

Da ultimo, i ricercatori hanno ricondotto le stesse analisi su una diversa corte di soggetti (n=540), validando i risultati ottenuti.

In conclusione, l’analisi del metaboloma plasmatico, più che i routinari test di laboratorio, sembra in grado di predire con una buona affidabilità le caratteristiche del microbiota batterico in termini di biodiversità. Considerando come questo aspetto sia implicato in una vasta gamma di patologie, avere a disposizione strumenti di monitoraggio alternativi e poco invasivi per il paziente potrebbe rappresentare un valido passo in avanti nel campo della medicina preventiva e/o personalizzata.