Microbiota intestinale: vivere in città o in campagna fa la differenza

11 giugno 2018

University of Ibadan, Ibadan
Università di Bologna, Bologna
 (studio originale)

Individui che abitano a poca distanza tra loro ma con una realtà sociale diversa, ovvero comunità rurale vs urbanizzata, sviluppano caratteristiche diverse in termini di microbiota già dalla tenera età.

È quanto afferma lo studio di Funmilola A. Ayeni e colleghi, pubblicato in questi giorni su Cell Reports.

È ormai riconosciuto come dieta e stile di vita influenzino pesantemente la maturazione e le peculiarità del nostro microbioma intestinale. Per dimostrare ciò, la maggior parte degli studi finora condotti ha confrontato comunità molto distanti fra loro sia geograficamente che culturalmente.

In questo studio invece, ricercatori italiani, nigeriani e austriaci hanno analizzato e confrontato i campioni fecali collezionati da due tipologie di comunità nigeriane, quella rurale dei Bassa (n=18, di cui 9 sotto i 3 anni qui considerati i “Bassa giovani”) e quella urbana di città locali importanti (n=30, di cui 12 sotto i 3 anni qui considerati gli “urbani giovani”), dimostrando come anche a pochi chilometri di distanza ma seguendo un’alimentazione in parte diversa ci siano importanti differenze di componente batterica anche tra gli individui più giovani. Tutti questi dati sono stati poi confrontati con quelli di precedenti studi condotti su campioni di individui risiedenti in paesi in via di sviluppo e in altri del tutto industrializzati.

I Bassa sono una popolazione agricola e vivono per lo più isolati dal resto del mondo. La loro dieta si basa principalmente su tuberi, grano e frutti talvolta integrati con pesce proveniente dal vicino fiume Usuma e, ancora più raramente, da carne. Non hanno accesso ad acqua potabile e l’allattamento al seno non è l’unica fonte di nutrimento nei primi mesi di vita. Appena possibile infatti, ai neonati vengono dati dapprima cibi liquidi o semi-solidi come koko o kunu a base di cereali fermentati, per poi introdurre gradualmente i cibi solidi. L’uso di antibiotici è praticamente nullo come del resto quello di altri farmaci ai quali preferiscono erbe medicali.

La componente urbana di questo studio invece proviene dalle maggiori città del luogo e condivide di norma una dieta mista tra quella tipica nigeriana e quella occidentale introducendo ad esempio cereali lavorati. Hanno accesso all’acqua potabile e il livello di igiene è generalmente elevato. L’alimentazione dei neonati segue i regimi occidentali e l’utilizzo di antibiotici è moderato.

Le analisi di caratterizzazione condotte sui campioni raccolti sono state molte tra le quali il sequenziamento genico con 16sRNA, OTUs, Bray Curtis, Unifrac e CAGs.

Vediamo dunque i principali risultati ottenuti in base alle diverse tecniche.

Caratterizzazione e confronto del microbioma intestinale della comunità Bassa e di quella urbana

  • I valori di alpha diversity sono risultati complessivamente simili indipendentemente dalla comunità e dall’età nonostante il numero di OTUs dei Bassa giovani si sia dimostrato notevolmente maggiore rispetto agli adulti urbani e tendenzialmente superiore anche ai Bassa adulti e agli urbani giovani.
  • Le analisi UniFrac e Bray-Curtis hanno evidenziato una netta separazione tra il microbioma della comunità Bassa e quella urbana. A tal proposito, l’inter-individualità e la beta diversity si sono mostrate minori soprattutto nei Bassa giovani rispetto agli adulti urbani.
  • A livello di phylum, complessivamente Firmicutes e Bacteroidetes sono i ceppi prevalenti anche se espressi in rapporti diversi tra le due comunità. Nel dettaglio, i Bassa hanno mostrato particolare arricchimento di Spirochaetes e Fusobacteria accompagnato dalla deplezione di Actinobacteria.
  • A livello di genere, alcuni membri delle famiglie Lachnospiraceae e Ruminococcaceae come Blautia, Coprococcus, Lachnospira, Faecalibacterium e Oscillospira sono risultati significativamente meno espressi nel microbioma dei Bassa rispetto alla popolazione urbana. I Bassa inoltre, hanno mostrato minore espressione di Bacteroides e Bifidobacterium, normalmente caratterizzanti la componente batterica dei cittadini occidentali. Particolarmente presenti nel microbiota degli individui Bassa rispetto agli urbani sono risultati invece Prevotella, alcuni membri dei Bacteroidales quali Bulleidia, [Eubacterium], Cetobacterium, Succinivibrio, un ceppo non classificato di Peptostreptococcaceae oltre che Phascolarctobacterium e Treponema. Interessante inoltre notare come Ruminobacter e Butyrivibrio siano espressi solamente dalla comunità Bassa.
  • L’abbondanza relativa di determinati taxa (Oscillospira, Clostridium, Odoribacter, ecc.) aumenta proporzionalmente all’età nella comunità urbana mentre nessuna differenza è emersa dal confronto tra Bassa giovani e Bassa adulti.
  • In base alle analisi CAGs (co-abundance groups) per la struttura del microbiota sono stati identificati 4 gruppi denominati in base al taxa prevalente. Il Faecalibacterium CAG, assente nei Bassa indipendentemente dall’età ma presente negli urbani, ha mostrato di includere batteri comunemente presenti nell’intestino di individui occidentali e implicati nella produzione dei SCFAs. Di contro, Prevotella CAG è risultato essere molto rappresentato nei Bassa andando a includere invece specie batteriche coinvolte nella digestione delle fibre tra le quali Prevotella, Succinivibro, Phascolarctobacterium. Prevalenti nei Bassa si sono dimostrati inoltre il CAG dei composti esosi (glicerofosfolipidi, acilcarnitine ecc), soprattutto nei più giovani. Il CAG della treonina è invece risultato in tutti i microbiomi analizzati ad eccezione di quelli dei Bassa giovani.

Caratterizzazione e confronto del profilo metabolomico della comunità Bassa e di quella urbana

  • La GC-MS (gas chromatograph-mass spectometry) dei SCFAs ha riscontrato nei Bassa adulti un significativo arricchimento in propionato accompagnato da una diminuzione di acetato rispetto alla comunità urbana. I Bassa giovani hanno invece mostrato una maggiore abbondanza di acetato e valerato. Di contro, nella comunità urbana il profilo metabolomico dei SCFAs si mantiene stabile con l’età.
  • La PCA (principal component analysis) assieme alla Random Forest analysis, analizzando il profilo di 185 metaboliti chiave, hanno evidenziato differenze tra le due comunità. In particolare, alanina, istamina, lisoPC a C16:1 / C18:1 / C10:2 sono risultati iper-espressi nei Bassa mentre serotonina e tirosina negli urbani.

Confronto dei risultati tassonomici e metabolici nigeriani con popolazioni occidentali e di Paesi in via di sviluppo

I ricercatori infine, con lo scopo di indagare ulteriormente l’impatto che stile di vita e collocazione geografica hanno sulla componente batterica intestinale, hanno confrontato i dati ottenuti dal loro studio con quelli di precedenti lavori condotti rispettivamente su popolazioni di Paesi in via di sviluppo (Tanzania), di comunità agricole rurali (Malawi e Venezuela) e di società industrializzate (USA e Italia).

  • I valori ottenuti dall’analisi Bray-Curtis si sono dimostrati essere simili per i Bassa e le altre comunità rurali ma complessivamente inferiori rispetto a quelli delle popolazioni di aree urbane.
  • La popolazione Bassa è risultata distinta da tutte le altre in termini di profilo metabolico mentre una parziale sovrapposizione la si è vista tra la comunità nigeriana urbana e quella italiana con la condivisione dei livelli di abbondanza relativa riferiti a tirosina e fenilalanina, nonostante rimangano ancora ben distinguibili le due tipologie di microbiota.

Tra le limitazioni dello studio troviamo il non aver raccolto il sesso di appartenenza dei soggetti Bassa inclusi e la mancata possibilità di definire con esattezza la loro età anagrafica, entrambi potenziali fattori confondenti dei risultati.

In conclusione possiamo dunque affermare che:

  • due comunità, seppur residenti a poca distanza tra loro ma esposte a diverso regime alimentare e stile di vita, presentano notevoli differenze in termini di composizione e funzionalità batterica già in tenera età;
  • l’adattamento allo stile di vita urbanizzato comporta un progressivo cambiamento del microbiota intestinale;
  • uno stile di vita rurale conferisce una bassa variazione inter-individuale, una dominanza di batteri implicati nella digestione delle fibre e la riduzione o completa assenza di altri comuni invece a individui occidentali;
  • la comunità Bassa, soprattutto i più giovani, presentano il migliore profilo metabolomico con buona predominanza di vie metaboliche per composti esosi e scarsa rappresentanza di quelle per la degradazione di amminoacidi.

Questo studio ci fornisce perciò uno spaccato di lettura relativo alle nostre origini, sia in termini di alimentazione che di stile di vita. L’analisi del microbioma di popolazioni rurali e per lo più isolate come quella dei Bassa, confrontato poi con quello della popolazione occidentale, ci permette di capire meglio quali siano i meccanismi di interazione batteri-ospite che sono andati via via a modificarsi di pari passo con le nostre abitudini andando a comportare lo sviluppo di molte patologie tipiche della società odierna ma assenti nelle comunità più tradizionali.

Silvia Radrezza

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