Nell’ultimo decennio, i ricercatori hanno iniziato ad approfondire l’importanza della comunicazione bidirezionale che avviene tra i microbi del tratto gastrointestinale e il cervello, nota come asse intestino-cervello. Queste “conversazioni” possono modificare il funzionamento di questi organi e coinvolgono una complessa rete di segnali chimici derivati dai microbi e dal cervello stessi e, quindi, difficile per gli scienziati disaccoppiare per ottenere una comprensione.
“Attualmente è difficile determinare quali specie microbiche guidino specifiche alterazioni cerebrali in un organismo vivente”, ha dichiarato il primo autore, il dottor Thomas D. Horvath, professore di patologia e immunologia al Baylor College of Medicine e al Texas Children’s Hospital. “Qui presentiamo uno strumento prezioso che consente di indagare sulle connessioni tra i microbi intestinali e il cervello. Il nostro protocollo di laboratorio consente l’identificazione e la valutazione completa dei metaboliti – composti prodotti dai microbi – a livello cellulare e dell’intero animale”.
Il tratto gastrointestinale ospita una comunità ricca e diversificata di microrganismi benefici, nota come microbiota intestinale. Oltre al loro ruolo nel mantenimento dell’ambiente intestinale, i microbi intestinali sono sempre più riconosciuti per la loro influenza su altri organi distanti, tra cui il cervello. “I microbi intestinali possono comunicare con il cervello attraverso diverse vie, ad esempio producendo metaboliti, come gli acidi grassi a catena corta e i peptidoglicani, neurotrasmettitori, come l’acido gamma-aminobutirrico e l’istamina, e composti che modulano il sistema immunitario, oltre ad altri”, ha dichiarato la dottoressa Melinda A. Engevik, professoressa di medicina rigenerativa e cellulare presso la Medical University of South Carolina. Il ruolo dei microbi nella salute del sistema nervoso centrale è evidenziato dai legami tra il microbioma intestinale e l’ansia, l’obesità, l’autismo, la schizofrenia, il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer. “I modelli animali sono stati fondamentali per collegare i microbi a questi processi neurali fondamentali”, ha dichiarato la coautrice Jennifer K. Spinler, assistente alla cattedra di patologia e immunologia presso il Baylor e il Texas Children’s Hospital Microbiome Center. “Il protocollo dello studio attuale consente ai ricercatori di compiere passi avanti verso la scoperta del coinvolgimento specifico dell’asse intestino-cervello in queste condizioni e del suo ruolo nella salute”.
Una tabella di marcia per comprendere il complesso sistema di traffico dell’asse intestino-cervello
Una strategia utilizzata dai ricercatori per capire come un singolo tipo di microbo possa influenzare l’intestino e il cervello è consistita nel far crescere i microbi in laboratorio, raccogliere i metaboliti prodotti e analizzarli con la spettrometria di massa e la metabolomica. La spettrometria di massa è una tecnica di laboratorio che può essere utilizzata per identificare composti sconosciuti determinandone il peso molecolare e per quantificare composti noti. La metabolomica è una tecnica per lo studio su larga scala dei metaboliti.
“L’effetto dei metaboliti è stato poi studiato nel mini-intestino, un modello di laboratorio di cellule intestinali umane che conserva le proprietà dell’intestino tenue ed è fisiologicamente attivo”, ha detto Engevik. “Inoltre, i metaboliti del microbo possono essere studiati in animali vivi”. “Possiamo espandere il nostro studio a una comunità di microbi”, ha detto Spinler. “In questo modo possiamo studiare come le comunità microbiche lavorano insieme, sinergizzano e influenzano l’ospite”. Questo protocollo fornisce ai ricercatori una mappa per comprendere il complesso sistema di traffico tra l’intestino e il cervello e i suoi effetti”.
“Siamo riusciti a creare questo protocollo grazie a grandi collaborazioni interdisciplinari che hanno coinvolto clinici, scienziati comportamentali, microbiologi, scienziati di biologia molecolare ed esperti di metabolomica”, ha dichiarato Horvath. “Speriamo che il nostro approccio aiuti a creare comunità di microbi benefici che possano contribuire al mantenimento di un corpo sano. Il nostro protocollo offre anche un modo per identificare potenziali soluzioni quando la cattiva comunicazione tra l’intestino e il cervello porta alla malattia”.
