I geni possono determinare il modo in cui le esposizioni nei primi anni di vita modellano il microbioma intestinale

I geni possono determinare il modo in cui le esposizioni nei primi anni di vita modellano il microbioma intestinale

Uno studio sui topi mostra che gli effetti a lungo termine sulla salute derivanti dall’esposizione precoce a nutrienti e antibiotici dipendono non solo da ciò che accade nei primi anni di vita, ma anche da chi si ereditano i geni.

Studio:L’influenza delle esposizioni precoci sulla crescita e sulla composizione del microbioma intestinale adulto dipende dal ceppo genetico e dal genitore di origine. Credito fotografico: Nejron Photo/Shutterstock.com

I fattori ambientali nella prima infanzia possono avere effetti a lungo termine sulla prole che si estendono fino all’età adulta, guidati in parte dalla disbiosi. Uno studio recentemente pubblicato inMicrobiomamostra che le differenze genetiche tra gli individui possono renderli più suscettibili alla disbiosi intestinale alterando la suscettibilità dell'ospite a tali fattori ambientali.

introduzione

La colonizzazione microbica inizia prima della nascita ed è profondamente influenzata dai geni materni, dal microbiota e da fattori ambientali come la dieta materna o l’esposizione agli antibiotici. Le carenze di proteine ​​e vitamina D sono relativamente comuni durante la gravidanza e l’allattamento e sono state collegate alla disbiosi, che può verificarsi anche dopo l’esposizione agli antibiotici.

La composizione genetica influenza anche il modo in cui i fattori ambientali influenzano la prole. Ad esempio, i geni dell’ospite e la fisiologia possono influenzare i taboliti degli acidi biliari, i livelli di composti antimicrobici e la struttura della mucosa intestinale, che influenzano la salute e le comunità microbiche nell’intestino.

Inoltre, l’origine di geni specifici, sia dalla madre che dal padre, chiamato effetto genitore d’origine (PO), può influenzare in modo significativo la composizione finale del microbiota intestinale e i risultati dello sviluppo.

Non si sa molto su come questi fattori influiscono sul microbiota intestinale e sulla salute a lungo termine della prole. Il presente studio mirava a identificare questi risultati nella prole adulta esposta ad antibiotici nella prima infanzia, ad un apporto proteico inadeguato e a carenza di vitamina D. Sono stati fatti anche tentativi per scoprire il ruolo del background genetico e dell'effetto PO sulla disbiosi associata a questi fattori.

A proposito dello studio

Sono stati utilizzati tre gruppi di topi incrociati di collaborazione femminile (CC) e la loro prole insieme a un gruppo di controllo. Il termine CC si riferisce a topi inbred i cui geni derivano dalla ricombinazione di otto ceppi fondatori di topi provenienti da tre specie principali. Questi possono riflettere gli effetti delle interazioni gene-ambiente in fenotipi complessi.

In questo studio, l'incrocio reciproco si riferisce all'allevamento di una madre femmina (ad esempio CC001) con un toro maschio di un ceppo diverso (ad esempio CC011) e viceversa. Ciò ha creato una prole di prima generazione geneticamente identica ad eccezione dei cromosomi sessuali e del DNA mitocondriale, consentendo ai ricercatori di isolare l'effetto PO mantenendo costanti quasi tutti gli altri fattori genetici.

Le madri sono state alimentate con alimenti contenenti antibiotici, a basso contenuto di proteine ​​o di vitamina D a partire da cinque settimane prima del concepimento e continuando fino all'interruzione dell'allattamento (giorno 21). Dopo lo svezzamento, tutta la prole è stata sottoposta a una dieta standardizzata per roditori fino alle otto settimane di età.

Risultati dello studio

Esposizione agli antibiotici

La diversità microbica è stata ridotta in diversi background genetici, tra cui CC011xcc001, CC004xcc017, CC017xcc004 e altri, a seconda della metrica utilizzata.

Gli incroci reciproci hanno mostrato risultati di α-diversità simili, ad eccezione del gruppo di controllo, dove la progenie CC011xcc001 aveva una diversità maggiore rispetto alle loro controparti reciproche. Tuttavia,β-La diversità dipendeva dal background genetico, con i fattori scatenanti del PO che rappresentavano dal 20% al 50% della variabilità del microbiota intestinale nel gruppo test rispetto al 20%-40% nei controlli.

Sono state osservate differenze nell'abbondanzaBacteroidesPresenteMuribaculaceaePresenteAkkermansiaEBifidobatterio. L'effetto variava tra le specie; Alcuni sono triplicati in abbondanza, mentre altri sono triplicati.

Il peso corporeo di questi discendenti era inferiore del 15% rispetto a quello dei controlli e variava anche nelle coppie di prole incrociate reciproche.

Carenza proteica

La carenza proteica non ha alterato gli indici di diversità tra il gruppo test e quello di controllo. Tuttavia, come le specieAkkermansiaEBifidobatterioerano significativamente meno frequenti nella prole a basso contenuto proteico rispetto ai controlli.

Il mutuo punteggio incrociato ha rivelato una riduzione di α e un punteggio incrociato ridottoβ-Diversità nella progenie di CC001xcc011, che mostra l'effetto delle differenze genetiche. La diversità a livello di specie differiva nelle coppie di prole incrociate reciproche e rappresentava dal 14% al 20% della variabilità del microbiota.

La dieta a basso contenuto proteico ha ridotto il peso corporeo della prole adulta del 15% in tutti i gruppi di test, indipendentemente dai cambiamenti nella diversità microbica. Ciò è coerente con studi precedenti che dimostrano che la carenza proteica è associata a un ridotto assorbimento dei nutrienti.

La progenie di tre incroci era più leggera dei controlli, ma la progenie dell'incrocio reciproco non lo era. Inoltre, la progenie di CC011xcc001 era più pesante di quella del suo comune CC001xCC011, indicando l'effetto PO.

In particolare, alcuni incroci, come CC041xcc051 e CC051XCC041, hanno mostrato un peso corporeo ridotto nonostante un cambiamento non significativo nella diversità del microbiota, suggerendo che gli effetti sulla crescita possono verificarsi anche attraverso meccanismi non correlati al microbiota.

Carenza di vitamina D

La carenza di vitamina D non ha ridotto il peso corporeo o la diversità microbica rispetto ai controlli, confermando studi precedenti. Tuttavia, l’effetto PO ha determinato differenze nella diversità tra coppie di prole incrociate reciproche, indicando che la carenza di vitamina D nello sviluppo potrebbe alterare diversi importanti batteri intestinali.

Ad esempio, la progenie di CC011xcc001 presentava una diversità microbica e un peso corporeo significativamente maggiori rispetto alle loro controparti dello stesso gruppo, sebbene la carenza complessiva di vitamina D da sola non abbia influenzato questi risultati.

Mentre la carenza di vitamina D non ha causato una riduzione del peso corporeo nei topi adulti, i discendenti di un incrocio erano più pesanti di quelli del loro stesso incrocio.

Glutei, peso corporeo e microbioma intestinale

Il PO rappresentava dal 20% al 58% della variabilità del microbiota tra coppie di prole incrociata reciproca all’interno dei gruppi di test. Il microbioma influenza il peso corporeo, che varia tra i quattro gruppi e anche all’interno di coppie di prole incrociata reciproca.AkkermansiaEBlautiaerano più comuni nella prole CC051XCC041 rispettivamente nei topi più leggeri e più pesanti.

L’effetto PO è stato dimostrato sia nella dieta a basso contenuto proteico che in quella a basso contenuto di vitamina D, poiché la prole dei topi CC011xcc001 era più pesanteFecalibaculumrispetto a quelli del suo comune CC001XCC011. Questo batterio protegge dalle malattie infiammatorie intestinali, dal cancro al colon e dal diabete, evidenziandone l’importanza nella prevenzione della disbiosi intestinale.

Questo studio ha scoperto che le differenze guidate dal PO nel peso corporeo e nel microbiota erano più coerenti nelle coppie incrociate CC001xCC011, enfatizzando gli effetti dei contributi genetici materni e possibilmente dei meccanismi epigenetici o mitocondriali.

L'effetto PO potrebbe essere dovuto a differenze nel DNA mitocondriale o nei cromosomi sessuali, nella regolazione epigenetica o negli effetti placentari o uterini dovuti ai geni materni.

Conclusioni

L’esposizione agli antibiotici nei primi anni di vita o le carenze di proteine ​​o vitamina D possono avere effetti a lungo termine sulla crescita e sul microbiota intestinale nei topi adulti modificati dai geni dell’effetto PO dell’ospite. Questa è la prima volta che questi risultati vengono mostrati per la carenza di proteine ​​dello sviluppo nella vita adulta.

Il peso corporeo e il contenuto di grassi variano a seconda del microbioma tra i gruppi. Sono state osservate differenze di peso corporeo anche all’interno di una coppia reciproca nei gruppi di controllo, a basso contenuto proteico e a basso contenuto di vitamina D. Pertanto, questo studio mostra per la prima volta anche l’effetto del PO sul peso corporeo e sul microbiota intestinale nella prole adulta.

I risultati suggeriscono che l’esposizione ambientale precoce interagisce con i fattori materni ereditari per modellare traiettorie di salute per tutta la vita ed evidenziano la necessità di maggiore attenzione alla nutrizione materna e ai farmaci durante la gravidanza.

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Fonti: