Le fibre alimentari trasformano il microbioma intestinale, migliorando la salute

In uno studio recente pubblicato sulla rivista Cell, i ricercatori hanno analizzato i dati di un intervento dietetico ricco di fibre condotto su persone affette da diabete di tipo 2 (T2D) e altre malattie. Il loro obiettivo era comprendere le relazioni tra specifici genomi nel microbiota intestinale e identificare i microbi chiave in base alla loro presenza costante in diverse condizioni di salute. La loro analisi ha identificato due gruppi di microbi intestinali, uno che favorisce la salute attraverso la digestione delle fibre e un altro associato alla resistenza alle malattie. Le fibre solubili come i beta-glucani contenuti nell’avena e nell’orzo possono ridurre il colesterolo LDL e migliorare la salute del cuore, diventando così un potente strumento per la prevenzione delle malattie.

Il microbioma intestinale, ovvero l’ecosistema di microbi che vivono nel sistema gastrointestinale, è fondamentale per la salute, perché migliora la digestione e la funzione immunitaria ed è stato persino collegato al comportamento.

Sebbene comprendere queste comunità sia fondamentale, i metodi tradizionali utilizzati per studiare il microbiota intestinale hanno prodotto risultati incoerenti quando si collegano microbi specifici a malattie come il diabete o l’obesità e potrebbero trascurare sottili differenze tra i gruppi microbici.

Tuttavia, i genomi assemblati da metagenomi di alta qualità (HQMAG) consentono ai ricercatori di utilizzare dati ad alta risoluzione per tracciare microbi poco studiati o sconosciuti. Possono quindi concentrarsi su come i microbi interagiscono tra loro, gruppi o gilde, per concludere in che modo il microbioma influisce sulla salute.

Informazioni sullo studio

I ricercatori hanno utilizzato modelli HQMAG e di apprendimento automatico per analizzare le interazioni microbiche e identificare i microbi chiave legati alla salute, in modo da prevedere le risposte a trattamenti come l’immunoterapia.

I partecipanti allo studio primario erano pazienti con diabete di tipo 2, 74 dei quali hanno ricevuto un intervento dietetico ad alto contenuto di fibre e 36 dei quali hanno ricevuto cure standard. Sono stati osservati e confrontati i cambiamenti del microbiota intestinale in questi due gruppi.

Le fibre fermentabili, come l’inulina, nutrono i batteri intestinali, producendo acidi grassi a catena corta che favoriscono la salute intestinale e riducono l’infiammazione.

Inoltre, sono stati utilizzati 4.000 campioni provenienti da 38 studi condotti nell’arco di 10 anni, che comprendevano 15 malattie, per identificare 284 genomi microbici chiave, importanti per prevedere gli esiti delle malattie.

I ricercatori hanno identificato un cluster principale (C1) di genomi in ogni malattia. Questi cluster sono stati divisi in due sotto-cluster, C1A e C1B. Apprendimento automatico (classificatori di foresta casuale) per distinguere tra casi (pazienti) e controlli (individui sani).

Risultati

I ricercatori hanno osservato cambiamenti del microbiota intestinale nel gruppo con dieta ricca di fibre, con alterazioni significative dalla baseline a tre mesi e un ritorno alla baseline dopo 15 mesi. Sono state identificate coppie di batteri intestinali rimaste stabili, formando sottoreti che mostrano un potenziale significato per la salute.

Hanno identificato 635 correlazioni stabili tra batteri, formando cluster. Il cluster più grande, C1, conteneva batteri correlati a migliori risultati di salute, in particolare miglioramenti nei marcatori del diabete.

Il cluster C1A aumentava con un elevato apporto di fibre ed era benefico, rispecchiando i miglioramenti nella salute dei pazienti. Questo cluster aveva più geni correlati alla produzione di composti benefici, come il butirrato, mentre C1B aveva più geni correlati alla resistenza agli antibiotici e alla virulenza, indicando un potenziale patogeno. Tuttavia, C1B diminuiva con un elevato apporto di fibre. I batteri in C1A e C1B mostravano correlazioni negative tra loro.

Frutta come mele, pere e bacche sono ottime fonti di fibre alimentari, in particolare di pectina, che può migliorare la digestione e favorire la salute intestinale.

I cluster batterici identificati potrebbero predire i marcatori della salute metabolica nei pazienti affetti da diabete di tipo 2 ed erano presenti in altre malattie, come la schizofrenia e le malattie cardiovascolari, indicando un modello comune correlato alla salute.

Anche la combinazione di cluster di genomi in un set più ampio ha dimostrato un forte potere diagnostico, indicando il potenziale utilizzo del microbiota come marcatore diagnostico.

Il “modello universale” multi-malattia creato dai ricercatori ha differenziato con successo i casi dai controlli per molteplici malattie, raggiungendo un’accuratezza dello 0,73 nel distinguere i pazienti dagli individui sani in 26 set di dati.

I modelli sono stati utilizzati anche per prevedere la risposta dei pazienti a vari trattamenti, come l’immunoterapia contro il cancro o la malattia infiammatoria intestinale, dimostrando il potenziale per prevedere il successo del trattamento.

Conclusioni

Lo studio identifica un modello chiave del microbioma con un equilibrio tra due gruppi di batteri. Questo modello è collegato a determinati tratti di salute, specialmente in quelli con T2D, e può prevedere vari risultati di salute utilizzando modelli di apprendimento automatico.

I modelli basati su interazioni batteriche stabili hanno funzionato meglio di quelli che utilizzano dati più ampi e generali. Lo studio evidenzia che non tutti i batteri comuni sono ugualmente importanti per la salute; le interazioni stabili sono cruciali.

I batteri “buoni” aiutano a digerire le fibre e a produrre sostanze come il butirrato, importanti per la salute, mentre i batteri “cattivi” possono resistere agli antibiotici e possono causare infiammazioni e malattie croniche; un equilibrio tra questi gruppi è fondamentale per la salute generale.

I legumi, come lenticchie, fagioli e ceci, sono ricchi di fibre e possono aiutare a regolare i livelli di zucchero nel sangue.

Le fibre alimentari possono modificare l’equilibrio tra batteri benefici e nocivi: le diete più ricche di fibre favoriscono la crescita dei primi e proteggono dalle malattie.

Questi risultati potrebbero potenzialmente portare a una migliore diagnosi e trattamento delle malattie, concentrandosi sulle interazioni stabili dei microbi intestinali, che agiscono come importanti marcatori della salute, attraverso terapie basate sul microbioma.

Sono necessari studi più dettagliati per comprendere meglio i batteri coinvolti e i loro effetti sulla salute. Sono inoltre necessari ulteriori studi a lungo termine che esplorino la digestione delle fibre, interazioni microbiche specifiche e collegamenti con le malattie tramite analisi personalizzate.

Wu G., Xu T., Zhao N., Lam Y.Y., Ding X., Wei D., Fan J., Shi Y., Li X., Li M., Ji S., Wang X., Fu H., Zhang F., Shi Y., Zhang C., Peng Y., Zhao L. A core microbiome signature as an indicator of health. Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.09.019, https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01038-9