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I batteri, nascosti alla nostra vista, rappresentano un intero universo in un solo intestino umano.
Molte specie sono conosciute, come E. coli, ma molte altre, a volte denominate “materia oscura microbica“, rimangono sfuggenti.
Doug Kenny, un dottorando candidato alla Graduate School of Arts and Sciences, è il primo autore di un nuovo studio su Cell Host and Microbe che illumina un po’ di quella materia oscura microbica: una specie di batteri intestinali che possono influenzare i livelli di colesterolo negli esseri umani.
“Il metabolismo del colesterolo da parte di questi microbi può svolgere un ruolo importante nel ridurre le concentrazioni di colesterolo sierico e intestinale, con un impatto diretto sulla salute umana”, ha detto Emily Balskus, Professore di chimica e biologia chimica presso l’Università di Harvard e co-autore senior con Ramnik Xavier , membro principale del Broad, co-direttore del Center for informatics and therapeutics al MIT e ricercatore al Massachusetts General Hospital.
I batteri appena scoperti potrebbero un giorno aiutare le persone a gestire i loro livelli di colesterolo attraverso la dieta, i probiotici o nuovi trattamenti basati sui singoli microbiomi.
Secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), nel 2016 oltre il 12% degli adulti negli Stati Uniti dai 20 anni in su aveva livelli di colesterolo alti, un fattore di rischio per la prima causa di morte del paese: le malattie cardiache. Solo la metà di quel gruppo assume farmaci come le statine per gestire i propri livelli di colesterolo; sebbene tali farmaci siano uno strumento prezioso, non funzionano per tutti i pazienti e, sebbene rari, possono avere effetti collaterali.
“Non stiamo cercando il proiettile d’argento per risolvere le malattie cardiovascolari”, ha detto Kenny, “ma c’è quest’altro organo, il microbioma, un altro sistema in gioco che potrebbe regolare i livelli di colesterolo a cui non abbiamo ancora pensato“.
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Dalla fine del 1800, gli scienziati sapevano che stava succedendo qualcosa al colesterolo nell’intestino. Nel corso dei decenni, il lavoro si è avvicinato lentamente a una risposta. Uno studio ha anche trovato prove di batteri che consumano colesterolo che vivono in una laguna di acque reflue di maiale. Ma quei microbi preferivano vivere nei maiali, non negli esseri umani.
Gli studi precedenti sono come un archivio di indizi (un laboratorio del 1977 ha persino isolato il microbo rivelatore, ma i campioni sono andati persi). Un enorme indizio è il coprostanolo, il sottoprodotto del metabolismo del colesterolo nell’intestino. “Poiché il microbo della laguna delle acque luride dei maiali formava anche il coprostanolo“, ha detto Balskus, “abbiamo deciso di identificare i geni responsabili di questa attività, sperando di poter trovare geni simili nell’intestino umano“.
Nel frattempo, Damian Plichta, uno scienziato computazionale presso il Broad Institute e co-primo autore con Kenny, ha cercato indizi nei set di dati umani. “Centinaia di specie di batteri, virus e funghi che vivono nell’intestino umano devono ancora essere isolate e descritte”, ha detto il ricdercatore. Ma la cosiddetta metagenomica può aiutare i ricercatori a bypassare un passaggio: invece di individuare prima una specie di batteri e poi capire cosa può fare, possono analizzare la ricchezza di materiale genetico trovato nei microbiomi umani per determinare quali capacità codificano quei geni.
Plichta ha incrociato i dati del genoma del microbioma con campioni di feci umane per scoprire quali geni corrispondevano ad alti livelli di coprostanolo. “Da questa enorme quantità di correlazioni”, ha detto il ricercatore, “abbiamo individuato alcuni geni potenzialmente interessanti che potremmo poi seguire”. Nel frattempo, dopo che Balskus e Kenny hanno sequenziato l’intero genoma del batterio del maiale che consuma colesterolo, i ricdercatori hanno estratto i dati e scoperto geni simili: un segnale che si stavano avvicinando.
La connessione umana
Quindi Kenny ha ristretto ulteriormente la ricerca. In laboratorio, ha inserito ogni potenziale gene nei batteri e ha testato gli enzimi per abbattere il colesterolo in coprostanolo. Alla fine, ha trovato il miglior candidato, che il team ha chiamato gene del metabolismo degli steroidi intestinali A (IsmA).
“Potremmo ora correlare la presenza o l’assenza di potenziali batteri che hanno questi enzimi con i livelli di colesterolo nel sangue raccolti dagli stessi individui“, ha detto Xavier. Utilizzando set di dati sul microbioma umano provenienti da Cina, Paesi Bassi e Stati Uniti, i ricdercatori hanno scoperto che le persone che portano il gene IsmA nel loro microbioma avevano dal 55 al 75% in meno di colesterolo nelle feci rispetto alle persone senza quel gene.
“Coloro che hanno questa attività enzimatica hanno fondamentalmente un colesterolo più basso“, ha detto Xavier.
“La scoperta”, ha aggiunto Xavier, “potrebbe portare a nuove terapie – come un “cocktail biotico” o la somministrazione diretta di enzimi all’intestino – per aiutare le persone a gestire i livelli di colesterolo nel sangue”.
Ma c’è molto lavoro da fare prima: il team potrebbe aver identificato l’enzima cruciale, ma deve ancora isolare il microbo responsabile e deve dimostrare non solo la correlazione, ma anche la causalità: il microbo e il suo enzima sono direttamente responsabili dell’abbassamento del colesterolo negli esseri umani. E inoltre, i ricercatori devono analizzare quale effetto ha il coprostanolo, il sottoprodotto della reazione, sulla salute umana.
“Non significa che avremo risposte domani, ma abbiamo uno schema di come procedere“, ha detto Xavier.
