Il flusso di fluidi condiziona la vita sociale del microbioma

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I commensali intestinali Bacteroides thetaiotaomicron e B. fragilis formano biof
I commensali intestinali Bacteroides thetaiotaomicron e B. fragilis formano biofilm simili a cripte. Credito: Jeremy Wong (EPFL).
Uno studio innovativo rivela che il flusso di fluidi influenza l’organizzazione spaziale delle comunità batteriche che popolano il nostro intestino, rivelando un fattore trascurato che potrebbe influenzare il nostro microbioma e la nostra salute.

Il nostro intestino ospita una variegata comunità di batteri, nota come microbiota. Questi batteri svolgono un ruolo cruciale per la nostra salute, favorendo la digestione, producendo nutrienti essenziali, mantenendo in equilibrio il sistema immunitario e persino influenzando il nostro umore e il nostro comportamento.

È essenziale comprendere i fattori che determinano la composizione del microbiota, poiché i disturbi di questo delicato equilibrio sono stati collegati a una serie di problemi di salute, tra cui le malattie infiammatorie intestinali, l’obesità e i disturbi metabolici.

In un nuovo studio, un team di scienziati guidati da Alex Persat della Facoltà di Scienze della Vita dell’EPFL ha gettato nuova luce su come le forze fisiche generate dal flusso dei fluidi nel nostro intestino influenzino le comunità batteriche. Frutto della collaborazione con il laboratorio di Tom Battin della Facoltà di Scienze Naturali, Architettoniche e Costruttive dell’EPFL e con i colleghi del Politecnico di Zurigo, il lavoro svolto permette di comprendere meglio i complessi meccanismi con cui le diverse specie di batteri interagiscono tra loro nella condivisione dei nutrienti.

Desiderosi di identificare il ruolo del flusso di fluidi nelle interazioni tra le specie batteriche, i ricercatori hanno studiato due batteri intestinali comuni e rappresentativi, noti per la loro influenza positiva sulla salute intestinale: Bacteroides thetaiotaomicron e Bacteroides fragilis.

Il team ha studiato come le due specie condividono i nutrienti quando sono esposte al destrano, un comune additivo alimentare. I ricercatori hanno coltivato le comunità batteriche in un dispositivo microfluidico in un ambiente anaerobico che riproduce l’ambiente intestinale in laboratorio. In queste condizioni, le comunità batteriche si sono sviluppate sotto forma di comunità multicellulari chiamate biofilm, dove la condivisione dei nutrienti ha un impatto sul rapporto tra le diverse specie.

I ricercatori hanno poi visualizzato le popolazioni con un microscopio ad alta risoluzione e per la prima volta sono riusciti a comprendere i principi fisici che regolano l’organizzazione delle comunità microbiotiche.

Lo studio ha dimostrato che il flusso di fluidi nell’intestino influenza il modo in cui questi batteri interagiscono e scambiano i sottoprodotti benefici della metabolizzazione del destrano, formando biofilm attaccati alla superficie interna dell’intestino.

Inoltre, lo scambio di questi beni comuni condiziona anche la distribuzione spaziale della comunità. "Correnti fluide come quelle a cui sono sottoposte queste specie batteriche nel colon umano hanno un forte impatto sull’organizzazione spaziale e sulla composizione delle comunità sintrofiche attraverso la distribuzione dei beni comuni", afferma Jeremy Wong, primo autore dello studio.

Lo studio ha inoltre rivelato che anche la forza della corrente aveva un impatto sulla formazione del biofilm da parte dei batteri B. fragilis: quando la corrente era troppo forte, la concentrazione di sottoprodotti benefici sulla superficie diminuiva, limitando la crescita dei biofilm di B. fragilis. Ciò suggerisce che i fattori fisici possono influenzare la composizione complessiva e la stabilità delle comunità batteriche intestinali.

La ricerca condotta evidenzia l’importanza di considerare non solo l’aspetto chimico, ma anche le forze fisiche che agiscono sulle comunità batteriche intestinali. Questa prospettiva aggiuntiva potrebbe aprire le porte a nuovi approcci per promuovere un microbioma intestinale sano e prevenire, o addirittura trattare, le malattie causate da comunità batteriche disfunzionali.

Jeremy Wong è uno studente di dottorato che lavora sotto la supervisione di Alex Persat e Tom Battin nell’ambito del programma iPhD della Facoltà di Scienze della Vita dell’EPFL.

Riferimenti

Jeremy P. H. Wong, Michaela Fischer-Stettler, Samuel C. Zeeman, Tom J. Battin, Alexandre Persat. Il flusso fluido struttura le comunità di biofilm del microbiota intestinale distribuendo beni pubblici. PNAS 12 giugno 2023; 120 (25) e2217577120. DOI: 10.1073/pnas.2217577120