Un team interdisciplinare di ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis e dell'International Center for Diarreal Disease Research di Dhaka, Bangladesh, hanno intrapreso un nuovo approccio per affrontare il pressante problema di salute globale della malnutrizione infantile. Il loro approccio si concentra sul potenziamento selettivo dei microbi intestinali chiave che promuovono la crescita utilizzando ingredienti presenti in prezzi accessibili, cibi culturalmente accettabili.
Il loro lavoro sostiene l'idea che la crescita sana di neonati e bambini sia inesorabilmente legata allo sviluppo sano delle loro comunità intestinali dopo la nascita. I risultati della loro ricerca sono descritti in due rapporti pubblicati il 12 luglio sulla rivista Scienza.
"Abbiamo scoperto che i bambini malnutriti hanno comunità microbiche intestinali formate in modo incompleto rispetto alle loro controparti sane", ha affermato l'autore senior Jeffrey I. Gordon, dottore, il Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor e direttore dell'Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology presso la School of Medicine. "Perciò, abbiamo deciso di progettare alimenti terapeutici per riparare questa immaturità e determinare se tale riparazione avrebbe ripristinato una crescita sana".
La sperimentazione clinica, condotto da un team guidato da Tahmeed Ahmed, dottorato di ricerca, il direttore dei servizi nutrizionali e clinici del Centro internazionale per la ricerca sulle malattie diarroiche, inclusi 63 bambini del Bangladesh, 12-18 mesi di età, con diagnosi di malnutrizione acuta moderata, il che significa che i bambini erano malati ma non vicini alla morte. I bambini sono stati assegnati in modo casuale a uno dei quattro gruppi di trattamento. I bambini di tre dei gruppi hanno ricevuto ciascuno uno dei tre alimenti terapeutici di nuova concezione, mentre quelli del quarto gruppo hanno ricevuto un alimento terapeutico standard che non è stato progettato sulla base di una considerazione dei suoi effetti sul microbioma intestinale.
Tutti gli alimenti per la sperimentazione sono stati prodotti localmente presso l'International Center for Diarreal Disease Research. I bambini venivano portati due volte al giorno in un centro di riabilitazione nutrizionale, dove gli alimenti terapeutici venivano somministrati dalle loro madri sotto la supervisione degli operatori sanitari. Una serie di strumenti di misurazione, sviluppato grazie ai progressi della medicina genomica, fornito un nuovo, definizione molto più completa delle caratteristiche molecolari associate alla malnutrizione, i suoi meccanismi alla base, e l'efficacia del trattamento.
Uno degli alimenti terapeutici si distingueva dagli altri, anche in questo periodo di prova relativamente breve di un mese. Misura 1, 300 proteine del sangue, compresi quelli intimamente coinvolti nella direzione della crescita ossea, sviluppo del cervello, Funzione immunitaria, e metabolismo in vari tessuti, ha rivelato che questo prototipo di cibo aveva prodotto uno spostamento pronunciato verso uno stato sano rispetto a quanto osservato negli altri tre gruppi di bambini.
Al termine dello studio, i ricercatori hanno anche scoperto che, a differenza degli altri tre gruppi di trattamento, le comunità microbiche intestinali che risiedono nell'intestino dei bambini che ricevono questo alimento terapeutico principale hanno subito una riconfigurazione e assomigliano più alle comunità microbiche trovate in bambini sani di pari età che vivono nello stesso locale. Questa formulazione conteneva, tra gli altri componenti, una miscela di nutrienti di ceci, soia, banane e arachidi.
La malnutrizione infantile è un enorme problema di salute globale, che colpisce 150 milioni di bambini sotto i 5 anni in tutto il mondo, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità. Molti studi hanno dimostrato che la malnutrizione è il risultato di molti fattori, con un accesso affidabile a quantità adeguate di prezzi abbordabili, il cibo nutriente è uno ma non l'unico fattore.
Gli alimenti terapeutici esistenti sono stati sviluppati per aumentare la quantità di nutrienti chiave consumati dai bambini. I bambini malnutriti che ricevono questi alimenti hanno meno probabilità di morire, ma altre conseguenze della malnutrizione sono rimaste in gran parte insensibili al trattamento, compresa la crescita stentata, immunità alterata e ridotta funzione cognitiva. Gordon ha osservato che questi alimenti non sono stati progettati sulla base di una considerazione dei loro effetti sullo sviluppo del microbioma intestinale.
I nuovi alimenti terapeutici diretti al microbioma sviluppati dal team di ricerca dell'Università di Washington e dell'International Center for Diarreal Disease Research sono scaturiti dai loro precedenti studi sullo sviluppo della comunità microbica intestinale in bambini sani che vivono in Bangladesh. Diversi anni fa, il team ha scoperto che i bambini con malnutrizione avevano comunità intestinali immature, che sembravano più giovani delle loro controparti sane della stessa età. Ahmed ha notato che diversi anni fa hanno scoperto che i cibi terapeutici convenzionali non sono riusciti a riparare questa immaturità nei bambini malnutriti che avevano trattato.
Il gruppo di Gordon ha continuato a trapiantare comunità immature da bambini malnutriti, e comunità che normalmente maturano da bambini sani, in topi allevati in condizioni sterili. I risultati hanno rivelato che le comunità immature erano associate a un ridotto aumento di peso, sviluppo osseo difettoso e funzioni metaboliche e immunitarie anormali negli animali riceventi. Questi risultati hanno fornito prove precoci che la mancata formazione di una normale comunità microbica può essere una causa piuttosto che un semplice effetto della malnutrizione.
"C'è incertezza su quali alimenti sia meglio somministrare durante il periodo di alimentazione complementare -; quando i bambini passano dall'alimentazione esclusivamente con latte a cibi solidi, " ha detto Gordon. "I nostri studi sono stati ispirati dalla nozione che questi comunemente usati, conveniente, alimenti complementari culturalmente accettabili potrebbero contenere ingredienti ambiti dai microbi chiave che sono sottorappresentati e con prestazioni inferiori nei microbiomi intestinali dei bambini malnutriti. Questi microbi erano i nostri bersagli terapeutici".
Questo studio fornisce la prima evidenza che un alimento terapeutico, sviluppato specificamente per supportare la crescita e l'espansione dei microbi intestinali legati allo sviluppo sano del microbioma, ha effetti benefici al di fuori dell'intestino legati a molti aspetti della crescita sana. Questi effetti coinvolgono mediatori chiave del metabolismo, e d'osso, sviluppo del cervello e del sistema immunitario -; sistemi di organi che sono stati molto difficili da riparare nei bambini malnutriti integrando la loro dieta con cibi terapeutici tradizionali.
Nella prima delle due carte -; co-primi autori Jeanette L. Gehrig, dottorato di ricerca, Siddarth Venkatesh, dottorato di ricerca, e Hao Wei Chang, tutti i membri del laboratorio Gordon -; descrivere come hanno usato per la prima volta topi privi di germi, e poi suinetti senza germi, colonizzato con membri della comunità microbica intestinale di bambini del Bangladesh per esaminare una serie di diete composte da ingredienti alimentari complementari utilizzati in Bangladesh. Hanno formulato prototipi di alimenti complementari orientati al microbioma che potrebbero riparare le comunità microbiche immature di bambini del Bangladesh malnutriti in entrambi questi modelli animali e migliorare la salute degli animali. Questi prototipi sono stati poi testati nello studio sull'alimentazione controllata in doppio cieco descritto sopra.
Nella seconda carta, primo autore Arjun S. Raman, dottore, dottorato di ricerca, dal laboratorio Gordon, descrive lo sviluppo di nuovi metodi di calcolo, basato su metodi originariamente sviluppati dal campo dell'econofisica per analizzare come le fluttuazioni dell'economia influenzino le caratteristiche di complessi, mercati finanziari dinamici. L'approccio ha fornito nuove modi generalmente applicabili di caratterizzare l'organizzazione delle comunità viscerali umane -; il loro normale sviluppo, come sono perturbati in stati patologici come la malnutrizione, e come rispondono agli interventi terapeutici progettati per ripararli.
L'obiettivo della ricerca sul microbioma umano non è semplicemente descrivere le parti componenti di una comunità microbica, ma piuttosto caratterizzare come i componenti interagiscono tra loro per modellare le funzioni della comunità. Questioni complicate, il numero di possibili interazioni tra i componenti in una comunità intestinale è letteralmente astronomico".
Autore senior Jeffrey I. Gordon, MD
Secondo Raman, i ricercatori volevano poter focalizzare la loro attenzione, trovare modi per ridurre il numero di componenti o caratteristiche del microbioma a un numero minimo che potrebbe rappresentare in modo informativo le proprietà organizzative delle comunità intestinali sane e malate.
Studiare i microbiomi di bambini sani del Bangladesh campionati mensilmente dalla nascita fino a cinque anni, e utilizzando il nuovo metodo di calcolo, hanno identificato una rete di 15 membri della comunità batterica intestinale che hanno interagito costantemente tra loro. Hanno chiamato questa rete un ecogruppo. I componenti dell'ecogruppo hanno fornito un modo accurato per descrivere il normale sviluppo intestinale di neonati e bambini che vivono in Bangladesh e in molti altri paesi a basso reddito. È inoltre servito come un modo sensibile e accurato per determinare quanto siano gravemente distrutte le comunità microbiche nei bambini con malnutrizione moderata e grave, e il grado in cui vengono riparati con vari trattamenti.
"Una sperimentazione clinica più lunga e più ampia è attualmente in corso in due siti in Bangladesh per vedere se il nuovo alimento complementare diretto al microbioma ha benefici sostenuti, "Ha detto Ahmed. "Questo studio include bambini con malnutrizione moderata e bambini con malnutrizione grave trattati con terapia convenzionale ma lasciati con microbiomi non completamente riparati, arresto della crescita e vari altri disturbi della crescita."
Michael J. Barratt, dottorato di ricerca, un assistente professore di patologia e immunologia e direttore esecutivo del Center for Gut Microbiome and Nutrition Research presso la Washington University ha aggiunto:
È possibile che alcuni bambini abbiano comunità microbiche intestinali così danneggiate che un intervento basato sul cibo da solo non sarà sufficiente. Quindi il nostro team di Washington University e International Center for Diarreal Disease Research è interessato a studiare la possibilità di dare gli specifici organismi benefici -; o anche i prodotti benefici che producono quei microbi, man mano che diventiamo più consapevoli di cosa sono -; in combinazione con un alimento complementare mirato al microbioma. Potrebbe essere una seconda linea di difesa. I nostri studi presentano anche la possibilità di monitorare lo sviluppo delle comunità microbiche intestinali e di rilevare le deviazioni dallo sviluppo normale nelle prime fasi della vita, dandoci opportunità di prevenzione”.
Gordon ha sottolineato che i loro sforzi volti a riparare le comunità microbiche perturbate dei bambini malnutriti mantengono la promessa di rivelare linee guida più informate per nutrire i bambini nei primi anni di vita in modo che possano sviluppare microbiomi sani.
"Dobbiamo essere amministratori efficaci delle preziose risorse microbiche dei nostri bambini, " disse. "Se lo siamo, gli effetti possono essere longevi e preannunciare una nuova dimensione della medicina preventiva -; uno che inizia con i loro microbiomi in via di sviluppo".
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