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Mar 14, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 576 (2023) Citare questo articolo

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Il microbiota intestinale umano (HGM) è costituito da una rete molto complessa di microrganismi che interagiscono con l’ospite, incidendo così sulla salute e sul benessere dell’ospite. Il β-glucano è stato stabilito come un polisaccaride alimentare che supporta la crescita di particolari batteri associati all’intestino, compresi i membri dei generi Bacteroides e Bifidobacterium, questi ultimi considerati batteri benefici o probiotici. Tuttavia, l’esatto meccanismo alla base del metabolismo del β-glucano da parte dei commensali intestinali non è completamente compreso. Mostriamo che la micoproteina rappresenta un'eccellente fonte di β-glucano, che viene consumato da alcune specie di Bacteroides come degradatori primari, come Bacteroides cellulosilyticus WH2. Quest'ultimo batterio utilizza due enzimi extracellulari ad azione endo, appartenenti alle famiglie di glicosidi idrolasi 30 e 157, per degradare il β-glucano derivato dalle micoproteine, rilasciando così oligosaccaridi nel mezzo di crescita. Questi oligosaccaridi rilasciati possono a loro volta essere utilizzati da altri microbi intestinali, come Bifidobacterium e Lactiplantibacillus, che agiscono quindi come degradatori secondari. Abbiamo utilizzato un approccio di alimentazione incrociata per monitorare come entrambe le specie siano in grado di crescere in co-coltura.

Il microbiota intestinale umano (HGM) è un complesso ecosistema di microbi, che si presume abbiano un impatto benefico sulla salute umana. I carboidrati alimentari rappresentano la principale fonte di energia per il corpo umano, sebbene non abbiamo le capacità enzimatiche per degradare da soli la maggior parte di questi glicani1. Tuttavia, l'HGM codifica un arsenale di enzimi attivi carboidrati (CAZYmes) in grado di catabolizzare tali carboidrati1. I prodotti finali metabolici della fermentazione dei glicani da parte dell'HGM sono principalmente SCFA, come propionato, acetato e butirrato, che hanno una varietà di effetti benefici sull'ospite umano. Lo squilibrio nella composizione della comunità microbica intestinale, a volte indicato come disbiosi, è una caratteristica della malattia infiammatoria intestinale (IBD), del cancro del colon-retto, dell’obesità, delle infezioni da Clostridioides difficile e, potenzialmente, di un’ampia gamma di altre condizioni2,3,4.

Come affermato in precedenza, l’HGM è una complessa rete di microbi che rappresenta circa 10 trilioni di batteri5. Tuttavia, solo due phyla sono dominanti in questa intricata comunità batterica, vale a dire Bacteroidota e Bacillota, integrati da rappresentanti di diversi phyla minori, come Actinomycetota o Verrucomicrobiota. È stato dimostrato che vari membri del genere Bacteroides contengono cluster specifici di geni co-regolati che metabolizzano uno specifico glicano e che sono chiamati loci di utilizzo dei polisaccaridi (singolare: PUL, plurale: PUL). Un dato PUL contiene i geni necessari per rilevare, trasportare e degradare un particolare glicano6,7,8. Ad esempio, il genoma del Bacteroides thetaiotaomicron (Ba. thetaiotaomicron VPI-5482, BT) ospita 96 PUL diversi, secondo il database CAZY9,10, mentre un'altra specie di Bacteroides, Ba. ovatus ATCC8483 (Bacova), comprende 115 diverse PUL. Generalmente, una glicoside idrolasi (GH) o un polisaccaride liasi (PL) associato alla superficie cellulare avvia la degradazione del polisaccaride extracellulare consentendo il rilascio degli oligosaccaridi risultanti nel mezzo di crescita11,12,13,14,15,16,17.

I membri del genere Bifidobacterium sono particolarmente abbondanti nei neonati allattati al seno a termine, dove si ritiene che esercitino importanti effetti benefici18,19,20,21. La predominanza di questi batteri in questa nicchia è attribuita, almeno in parte, alla loro capacità di metabolizzare (particolari) oligosaccaridi del latte umano (HMO) come unica fonte di carbonio ed energia22. Diverse specie di bifidobatteri hanno particolari preferenze nel consumo di HMO, ad esempio i ceppi di Bi. breve e Bi. longum sono noti per internalizzare e metabolizzare il latto-N-tetraosio23,24,25,26, mentre Bi. catenulatum subsp. kashiwanohense può utilizzare il 2-fucosillattosio come fonte di carbonio19,27. Il ceppo prototipo Bi. breve UCC2003 ha dimostrato di metabolizzare diversi HMO e altri poli/oligosaccaridi alimentari da solo23,28 o attraverso l'alimentazione incrociata che coinvolge altri membri del microbiota intestinale; esempi di tali substrati saccaridici sono mucina29,30, arabinogalattano/galattano31,32 e sialillattosio20.