La vita sociale consente la diffusione degli effetti genetici nel microbioma intestinale

La vita sociale consente la diffusione degli effetti genetici nel microbioma intestinale

Secondo uno studio sui ratti pubblicato oggi, i geni del tuo “coinquilino” potrebbero influenzare i batteri che vivono nel tuo intestino e viceversaComunicazione della natura.

La ricerca, che ha esaminato più di quattromila animali, mostra che la composizione del microbioma intestinale del ratto è modellata non solo dai geni di un individuo, ma anche dai geni degli individui con cui condividono l'habitat.

La scoperta rivela un nuovo modo in cui i geni e la vita sociale si intrecciano: attraverso lo scambio di microbi intestinali commensali che si muovono tra gli individui. Sebbene i geni non si trasferiscano da un individuo all’altro, i microbi sì. Lo studio ha scoperto che alcuni geni favoriscono determinati batteri intestinali e che questi possono diffondersi attraverso uno stretto contatto sociale.

Questa non è magia, ma il risultato di influenze genetiche che si diffondono agli altri attraverso i contatti sociali. I geni modellano il microbioma intestinale e abbiamo scoperto che non sono solo i nostri geni a contare”.

Dott.ssa Amelie Baud, ricercatrice, Centro per la Regolazione Genomica, Barcellona e autrice principale dello studio

Tre nuove connessioni gene-microbo nei ratti

Il microbioma intestinale è un insieme di trilioni di microrganismi che vivono nel tratto digestivo, dove svolgono un ruolo chiave nella digestione e nella salute generale. Sebbene sia noto che la dieta e i farmaci siano tra i principali fattori che influenzano questi ecosistemi microbici, determinare il contributo della genetica è stato più difficile.

Negli esseri umani, solo due geni sono stati collegati in modo affidabile ai batteri intestinali. Il gene della lattasi determina se gli adulti possono digerire il latte e influenza i microbi che lo digeriscono. Anche il gene del gruppo sanguigno ABO funziona attraverso meccanismi che devono ancora essere scoperti.

Potrebbero esserci altre connessioni tra genetica e microbi, ma non sono state ancora confermate perché natura e educazione sono difficili da separare nel mondo reale. Ad esempio, i geni possono influenzare le scelte alimentari e di stile di vita, che a loro volta influiscono sul microbioma intestinale. Ma le famiglie e gli amici condividono cibo, case e microbi, sfumando il confine tra il contributo della natura e quello della dieta al microbioma intestinale.

Invece, i ricercatori del Centro per la Regolazione Genomica e dell’Università della California a San Diego si sono rivolti ai ratti. Gli animali condividono molte caratteristiche della biologia dei mammiferi, ma possono essere allevati in condizioni controllate, ad esempio dando a tutti la stessa dieta.

Tutti gli animali erano geneticamente unici e provenivano da una delle quattro coorti diverse, ciascuna ospitata in una struttura diversa negli Stati Uniti e con routine di cura diverse. Ciò ha permesso ai ricercatori di testare quali effetti genetici persistessero in diversi ambienti.

Combinando i dati genetici e quelli del microbioma di tutti i 4.000 ratti, il team ha identificato tre regioni genetiche che influenzano costantemente i batteri intestinali nonostante le diverse condizioni di allevamento nei quattro gruppi.

L’associazione più forte era tra il gene St6galnac1, che aggiunge molecole di zucchero al muco intestinale, e l’abbondanza di Paraprevotella, un batterio che secondo i ricercatori si nutre di questi zuccheri. È stato trovato in tutte e quattro le coorti.

Una seconda regione conteneva diversi geni della mucina, che formano lo strato protettivo di muco dell'intestino, ed erano collegati ai batteri del gruppo Firmicutes. La terza regione comprendeva il gene Pip, che codifica per una molecola antibatterica, ed era collegato ai batteri della famiglia delle Muribaculaceae, che è comune nei roditori e si trova anche negli esseri umani.

I geni hanno una vita sociale

Le grandi dimensioni del gruppo hanno permesso ai ricercatori di stimare per la prima volta quanto del microbioma di ciascun ratto fosse spiegato dai suoi stessi geni e quanto dai geni degli altri ratti con cui convive.

Esempi classici di questo fenomeno, noto anche come effetti genetici indiretti, si hanno quando i geni di una madre influenzano la crescita o il sistema immunitario della sua prole attraverso l'ambiente che lei fornisce.

Le condizioni controllate dello studio sui ratti hanno permesso ai ricercatori di esaminare questi effetti in modi completamente nuovi. Gli autori dello studio hanno creato un modello computazionale per separare gli effetti genetici sui microbi di un ratto dagli effetti dei suoi partner sociali.

Hanno scoperto che l’abbondanza di alcune Muribaculaceae era influenzata da influenze genetiche sia dirette che indirette, il che significa che alcuni effetti genetici si diffondevano socialmente attraverso lo scambio microbico.

Una volta inclusi questi effetti sociali o indiretti in un modello statistico, l’influenza genetica complessiva è aumentata da quattro a otto volte per le tre connessioni gene-microbo appena scoperte. I ricercatori dicono che questo potrebbe rappresentare solo una frazione del quadro reale.

"Probabilmente abbiamo scoperto solo la punta dell'iceberg", afferma il Dr. Baud. “Questi sono i batteri in cui il segnale è più forte, ma molti più microbi potrebbero essere colpiti se disponiamo di metodi migliori di profilazione del microbioma”.

Dimostrando che le influenze genetiche possono essere accoppiate alla trasmissione di microbi intestinali, gli autori dello studio progettano un nuovo meccanismo d'azione in cui gli effetti genetici di un individuo possono avere un impatto su interi gruppi sociali e alterare la biologia degli altri senza alterare il loro DNA.

Se effetti simili si verificano negli esseri umani e vi sono prove sempre più evidenti che il microbioma intestinale svolge un ruolo importante nella salute, ciò potrebbe significare che le influenze genetiche sulla salute umana sono state sottovalutate in ampi studi. I geni possono influenzare non solo il rischio di malattia di una persona, ma anche il rischio di malattia di altri.

Cosa significa lo studio per la salute umana

Secondo il dottor Baud il microbioma è collegato a tutto, dall’immunità al metabolismo fino al comportamento, ma non tutte le associazioni riportate riflettono effetti causali e i precisi meccanismi d’azione rimangono poco chiari. Studi genetici come il loro, che utilizzano modelli animali in ambienti controllati, possono aiutare a passare dalle correlazioni a ipotesi causali verificabili e spiegare come i geni e il microbioma intestinale interagiscono per la salute umana.

Ad esempio, i ricercatori notano che il gene St6galnac1 scoperto nei ratti è funzionalmente correlato al gene umano ST6GAL1, che è stato collegato anche alla Paraprevotella in altri studi. Ciò suggerisce che il modo in cui gli animali ricoprono il rivestimento intestinale di zucchero può determinare quali microbi possono prosperare nel sistema digestivo e che questo potrebbe essere un meccanismo biologico comune a tutte le specie.

Gli autori dello studio ipotizzano anche come questo possibile meccanismo potrebbe a sua volta influenzare malattie infettive come il COVID-19.

ST6GAL1 è stato precedentemente collegato in altri studi a infezioni rivoluzionarie da SARS-CoV-2, casi in cui le persone vengono infettate da COVID nonostante la vaccinazione. È stato inoltre dimostrato che la paraprevotella induce la degradazione degli enzimi digestivi utilizzati dal virus per entrare nelle cellule dell'ospite. I ricercatori presumono quindi che le varianti genetiche di ST6GAL1 potrebbero influenzare la frequenza della Paraprevotella e quindi l'infezione del virus.

Ipotizzeranno anche il motivo per cui alcune persone sviluppano una malattia renale autoimmune chiamata nefropatia da IgA. La paraprevotella potrebbe alterare l’IgA, un anticorpo che protegge l’intestino ma, se alterato, può entrare nel flusso sanguigno e formare grumi che danneggiano i reni, segno distintivo della nefropatia da IgA.

I ricercatori vogliono ora studiare in dettaglio come St6galnac1 influenza la Paraprevotella nei ratti e quali reazioni a catena biologica innesca nell'intestino e in tutto il corpo.

"Ora sono ossessionato da questo batterio. I nostri risultati sono supportati da dati provenienti da quattro istituzioni indipendenti, il che significa che possiamo condurre studi di follow-up in qualsiasi nuovo ambiente. Sono anche notevolmente forti rispetto alla maggior parte dei composti del microbioma ospite. Questa è un'opportunità unica", conclude il dottor Baud.

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