Gli scienziati sviluppano molecole in grado di rimodellare i batteri intestinali in uno stato più sano

Gli scienziati di Scripps Research hanno sviluppato molecole in grado di rimodellare la popolazione batterica dell'intestino in uno stato più sano e hanno dimostrato, attraverso esperimenti sui topi, che questo riduce i livelli di colesterolo e inibisce fortemente la condizione dell'arteria ispessita nota come aterosclerosi.

Gli scienziati, che riportano i loro risultati in Biotecnologie naturali , ha creato una serie di molecole chiamate peptidi che possono rallentare la crescita di specie meno desiderabili di batteri intestinali.

Nei topi che sviluppano colesterolo alto e aterosclerosi da una dieta ricca di grassi, i peptidi hanno spostato favorevolmente l'equilibrio delle specie nel microbioma intestinale, che si riferisce ai trilioni di batteri che vivono all'interno del sistema digestivo.

Questo cambiamento ha ridotto i livelli di colesterolo e ha rallentato drasticamente l'accumulo di depositi di grasso nelle arterie, sintomi che sono i segni distintivi dell'aterosclerosi.

L'aterosclerosi è la condizione che porta ad infarti e ictus, le due principali cause di morte tra gli esseri umani.

"È stato sorprendente per noi che il semplice rimodellamento del microbioma intestinale possa avere un effetto così ampio, ", afferma il co-autore senior dello studio Reza Ghadiri, dottorato di ricerca, professore nel Dipartimento di Chimica della Scripps Research.

I microbi intestinali modellano la nostra salute

Il microbioma intestinale, che comprende centinaia di specie batteriche, si è evoluto molto tempo fa come parte di una simbiosi fondamentale:i batteri ottengono un posto dove vivere e molto da mangiare, e in cambio, assistono i loro ospiti animali, soprattutto aiutandoli a digerire il cibo.

Negli ultimi due decenni, questi batteri simbionti sono diventati oggetto di intensi studi in tutto il mondo, poiché gli scienziati hanno scoperto che i microbi, in parte per la loro produzione di molecole chiamate metaboliti, non solo aiutano a digerire il cibo, ma svolgono un ruolo nel metabolismo, immunità e altre importanti funzioni.

Gli scienziati hanno anche scoperto che questa simbiosi può avere un aspetto negativo per gli ospiti umani dei batteri. Quando le persone abusano di antibiotici o consumano diete "occidentali" ricche di carboidrati, grassi, e zucchero, il microbioma intestinale può essere alterato in modi che promuovono la malattia.

Infatti, ora sembra che i maggiori rischi di obesità, diabete, ipertensione, e l'aterosclerosi conferita dalla dieta occidentale è dovuta in parte a cambiamenti avversi nel microbioma.

Questo riconoscimento ha portato i ricercatori a cercare modi per rimodellare il microbioma, con l'obiettivo di annullare quei cambiamenti avversi per ripristinare una buona salute.

Ghadiri e il suo team hanno lavorato su un metodo che prevede la somministrazione di piccole molecole per uccidere o rallentare la crescita dei batteri intestinali cattivi senza influenzare i batteri intestinali buoni.

Il nostro approccio, utilizzando piccole molecole chiamate peptidi ciclici, si ispira alla natura, Le nostre cellule usano naturalmente una collezione diversificata di molecole, compresi i peptidi antimicrobici, per regolare le nostre popolazioni di microbi intestinali".

Luca Leman, dottorato di ricerca, Co-autore senior e assistente professore, Dipartimento di Chimica, Scripps Research

Un sistema di screening per identificare i rimodellatori del microbioma

Prima degli esperimenti, il team disponeva già di una piccola collezione di peptidi ciclici realizzati utilizzando tecniche chimiche.

Per lo studio, hanno creato un sistema di screening per determinare se qualcuno di questi peptidi potrebbe rimodellare in modo vantaggioso il microbioma intestinale dei mammiferi sopprimendo le specie batteriche intestinali indesiderabili.

Utilizzando topi geneticamente suscettibili al colesterolo alto, hanno nutrito gli animali con una dieta di tipo occidentale che produce in modo rapido e affidabile colesterolo alto nel sangue e aterosclerosi, così come cambiamenti avversi nel microbioma intestinale.

I ricercatori hanno quindi campionato il contenuto dell'intestino degli animali e hanno applicato un peptide ciclico diverso a ciascun campione.

Un giorno dopo, hanno sequenziato il DNA batterico nei campioni per determinare quali peptidi avevano spostato il batterioma intestinale nella direzione desiderata.

Gli scienziati hanno presto identificato due peptidi che avevano rallentato significativamente la crescita di batteri intestinali indesiderati, spostando l'equilibrio della specie più vicino a quello che si vede nei topi alimentati con una dieta più sana.

Usando questi peptidi per trattare i topi inclini all'aterosclerosi che seguivano una dieta occidentale ricca di grassi, hanno riscontrato riduzioni sorprendenti nei livelli ematici di colesterolo degli animali rispetto ai topi non trattati, circa il 36% dopo due settimane di trattamento.

Hanno anche scoperto che dopo 10 settimane, le placche aterosclerotiche nelle arterie dei topi trattati erano ridotte di circa il 40% nell'area, rispetto a quelli dei topi non trattati.

"Sono stati effetti davvero notevoli, " dice Ghadiri.

I peptidi ciclici utilizzati nello studio apparentemente interagiscono con le membrane esterne di alcune cellule batteriche in modi che rallentano o arrestano la crescita delle cellule.

Ghadiri e il suo team hanno studiato questi peptidi per anni e hanno messo insieme una serie di dozzine che non mostrano alcuna tossicità per le cellule dei mammiferi.

Le molecole transitano anche attraverso l'intestino senza entrare nel flusso sanguigno. Nello studio, i peptidi sono stati consegnati ai topi in acqua potabile e non sono stati associati ad alcun effetto collaterale negativo.

Allietato dalla dimostrazione di prova di principio, i ricercatori stanno ora testando i loro peptidi nei topi che modellano il diabete, un'altra condizione comune che è stata collegata a un microbioma malsano.

"Il rimodellamento diretto del microbioma intestinale del topo inibisce lo sviluppo dell'aterosclerosi" è stato scritto da Poshen Chen, Audrey Black, Adam Sobel, Yannan Zhao, Purba Mukherjee, Bhuvan Molparia, Nina Moore, Monaco tedesca, Jiejun Wu, Weixuan Chen, Antonio Pinto, Bruce Maryanoff, Alan Saghatelian, Pejman Soroosh, Ali Torkamani, Luke Leman e Reza Ghadiri.

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