36.5.2 Disbiosi
La disbiosi è spesso definita come uno “squilibrio” nella comunità microbica intestinale che è associato alla malattia. Questo squilibrio potrebbe essere dovuto al guadagno o alla perdita di membri della comunità o a cambiamenti nell’abbondanza relativa dei microbi. Questa teoria si concentra principalmente sui cambiamenti nella composizione tassonomica della comunità microbica e sulle funzioni associate ai singoli membri o a sottoinsiemi di membri della comunità.126 La caratterizzazione della disbiosi si è tradizionalmente basata su cataloghi tassonomici di microbi intestinali generati in diversi individui in singoli punti temporali utilizzando il sequenziamento 16S o 18S rRNA.127 Sforzi più recenti hanno tentato di catalogare non le specie microbiche, ma piuttosto i geni microbici nell’intestino utilizzando la metagenomica shotgun.128,129 La caratterizzazione tassonomica o la composizione genetica della comunità viene quindi utilizzata per dedurre le sue funzioni sulla base dei dati in letteratura da studi che utilizzano ceppi microbici di riferimento. Di solito, questi microbi modello sono studiati come organismi singoli e spesso in vitro per generare questi dati funzionali.
Un gran numero di studi ha identificato differenze significative nella composizione tassonomica delle comunità microbiche intestinali tra i pazienti con IBD e i controlli sani.130 Queste differenze sono state identificate nelle componenti batteriche, fungine e virali della comunità.131,132 Tuttavia, le specifiche differenze tassonomiche microbiche variano ampiamente da studio a studio e non è stata identificata una struttura definitiva della comunità associata alla malattia. Ciò può essere dovuto alla grande variazione nella composizione della comunità microbica intestinale tra gli esseri umani e/o alle differenze tecniche tra gli studi. Pertanto, come definire la disbiosi e diagnosticare una “comunità disbiotica” non è ancora chiaro. Non è nemmeno chiaro se la disbiosi sia una causa, un effetto o sia una causa che un effetto della malattia, dato che l’infiammazione stessa può portare a cambiamenti nella composizione della comunità microbica nell’intestino.133
La disbiosi potrebbe causare o contribuire alle IBD in diversi modi. Potrebbe portare all’aumento di uno o più microbi con funzioni dannose per l’ospite o alla perdita di uno o più microbi con funzioni benefiche per l’ospite. Poiché molti dei microbi della comunità intestinale hanno importanti relazioni funzionali tra loro, i cambiamenti in un piccolo numero di microbi e/o nelle loro funzioni potrebbero avere un ampio impatto sulla comunità. Le funzioni specifiche che probabilmente saranno di interesse includono cambiamenti nella disponibilità della nicchia o caratteristiche che influenzano l’accettazione della colonizzazione o la resistenza, cambiamenti nei prodotti microbici o caratteristiche fisiche che cambiano le interazioni tra i batteri o con l’ospite, e cambiamenti nella comunità che attivano meccanismi di virulenza in microbi altrimenti commensali. La caratteristica più coerente delle comunità microbiche dei pazienti malati è una perdita di diversità tassonomica.134 Tuttavia, non è ancora chiaro se la perdita di biodiversità nell’intestino sia la causa o l’effetto della malattia. È anche attualmente ambiguo come una tale perdita di diversità da sola possa portare alla malattia, soprattutto perché gli animali gnotobiotici colonizzati con uno o un piccolo numero di microbi non mostrano malattie legate alla sola colonizzazione con una comunità limitata. Questo suggerisce che i microbi specifici della comunità e le loro funzioni sono della massima importanza.
La composizione e il comportamento della comunità microbica sono entrambi squisitamente sensibili all’ambiente.9 L’ambiente della comunità microbica intestinale consiste sia di componenti derivati dall’ospite che di sostanze ingerite. Ognuno di questi fattori può avere un profondo impatto sulla composizione e sul comportamento della comunità microbica intestinale. I componenti derivati dall’ospite sono determinati dalla genetica dell’ospite e potenzialmente dagli effetti della dieta o di altre sostanze ingerite direttamente sull’ospite. I determinanti dell’ospite meglio caratterizzati della composizione e del comportamento della comunità microbica sono i sistemi di difesa antimicrobica dell’ospite. Quando questi sistemi vengono interrotti tramite knockout genetico di singoli componenti in animali modello, ne consegue una disbiosi.135 Il contenuto ingerito del lume intestinale deriva principalmente dalla dieta. Il contributo della dieta alla disbiosi microbica è di particolare interesse per molti ricercatori, poiché le IBD si stanno diffondendo di pari passo con la diffusione degli stili di vita occidentali in tutto il mondo e la dieta occidentale è molto diversa dalle diete tradizionali delle società non occidentalizzate.136 I componenti della dieta consistono in macronutrienti come grassi e zuccheri, micronutrienti come vitamine e minerali, e componenti non nutritivi come gli emulsionanti alimentari. La dieta occidentale è tipicamente molto elaborata e contiene grandi quantità di grassi saturi e zuccheri semplici. È stato dimostrato che questo tipo di dieta promuove la produzione di metaboliti dannosi per i tessuti dell’ospite.137 Al contrario, le diete povere di substrati di cui i microbi hanno bisogno per produrre metaboliti che promuovono la salute nei tessuti dell’ospite possono anche contribuire alla malattia. Per esempio, la fibra alimentare non digeribile è usata dai microbi per produrre acidi grassi a catena corta e il triptofano alimentare è usato per produrre ligandi del recettore degli idrocarburi arilici, entrambi i quali promuovono la salute intestinale.95,138 Infine, gli emulsionanti alimentari sono spesso aggiunti agli alimenti trasformati per migliorarne la consistenza o la stabilità. In vitro, questi composti attivano la produzione di fimbre in E. coli, che porta all’adesione e al danno tissutale di questi batteri normalmente commensali.139 In vivo, è stato dimostrato che il consumo di emulsionanti alimentari causa disbiosi e aggrava la colite nei topi IL-10-/-.140 Altri tipi di stress ambientale, come la somministrazione di antibiotici, possono anche portare a cambiamenti nella comunità microbica attraverso l’uccisione microbica diretta o il trasferimento genico orizzontale.141,142 Lo stress ambientale può anche determinare se i batteriofagi si impegnano in uno stile di vita lisogeno o litico.143 La lisi indotta dai fagi non solo uccide i batteri, ma porta anche potenzialmente all’infezione di nuovi bersagli batterici con cambiamenti nel comportamento di quei batteri.
Una questione aperta nel campo della disbiosi è l’importanza di quando avvengono i cambiamenti disbiotici nella comunità microbica. Il parto cesareo porta ad alterazioni nei primi eventi di colonizzazione e la somministrazione precoce di antibiotici può alterare significativamente le comunità in via di sviluppo.144 Entrambi questi fattori sono stati collegati ad una serie di malattie immunomediate più avanti nella vita, ma mancano ancora prove definitive di causalità o di comprensione dei meccanismi.145 Inoltre, molti pazienti sviluppano le IBD senza eventi precoci della vita che dovrebbero causare la disbiosi. Così ulteriori eventi sconosciuti possono contribuire alla disbiosi precoce e di lunga durata al momento della diagnosi di IBD o eventi disbiotici più acuti possono anche contribuire alle IBD. Il tipo di evento disbiotico dovrebbe anche essere un fattore chiave nel modo in cui la disbiosi contribuisce alle IBD. Rimane da determinare se si tratta di ampi cambiamenti nella comunità o di piccoli cambiamenti cruciali in particolari microbi. Questa incertezza è almeno in parte dovuta alle sfide tecniche che possono sovrastimare la rilevanza dei microbi altamente abbondanti e sottovalutare l’importanza funzionale dei membri meno abbondanti della comunità. Le limitazioni tecniche delle tecniche e dei dati attualmente disponibili sono anche suscettibili di sovrastimare l’importanza dei microbi noti con dati funzionali stabiliti rispetto ai microbi sconosciuti che possono essere altrettanto importanti per la malattia. Infine, come disbiosi causa o contribuisce a IBD è ancora sconosciuto. Ci sono alcune prove che specifiche comunità microbiche disbiotiche possono causare la malattia in ospiti normali.146 Tuttavia, ci sono prove molto più convincenti che la disbiosi lavora insieme a fattori aggiuntivi come predisposizioni genetiche sottostanti o danni intestinali per causare la malattia. Per esempio, il trasferimento di comunità microbiche da pazienti IBD a topi privi di germi non sembra causare colite spontanea.69,70,146 Tuttavia, sembra contribuire alla malattia in modelli murini predisposti alla malattia, come i topi IL-10-/- o con induzione chimica della colite.69,70,146 Inoltre, la disbiosi associata a diete di tipo occidentale sembra permettere la colonizzazione con organismi associati all’IBD. Topi privi di germi colonizzati da microbi provenienti da topi alimentati con una dieta ad alto contenuto di grassi e zuccheri hanno una maggiore suscettibilità alla colonizzazione da parte di AIEC.147 Pertanto, la disbiosi può avere impatti diversi su ospiti diversi a seconda della natura della comunità disbiotica e delle predisposizioni genetiche sottostanti alla malattia nell’ospite. Indipendentemente dal fatto che la disbiosi insorga per prima e causi la malattia o che sia un risultato della malattia, una volta insorta, quasi certamente contribuisce al perpetuarsi della malattia.