Microbiota e Alimentazione & Microbiota e Microbioma

L’effetto della dieta sul microbioma intestinale e la nuova frontiera del food design

Tra i fattori che influenzano composizione ed attività del microbioma intestinale, la dieta rappresenta uno dei più importanti.

Prof. Danilo Ercolini - Olobiotico

Prof. Danilo Ercolini

Direttore del Dipartimento di Agraria dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" - Professore ordinario di Microbiologia.

Molti studi hanno dimostrato che le abitudini alimentari di lungo periodo contribuiscono a plasmare il microbioma intestinale.
Infatti, è stato dimostrato che popolazioni con abitudini alimentari molto diverse tra loro, presentano un microbioma differente. Ad esempio, le popolazioni che vivono in regioni remote dell’Africa e del Sud America, senza contatti con il mondo moderno e che consumano una dieta molto diversa dalla nostra, ricca in alimenti non processati, hanno un microbioma intestinale diverso dai soggetti occidentali che popolano i paesi più industrializzati. Il microbioma di queste popolazioni a dieta non occidentale è caratterizzato da una maggiore biodiversità microbica e da maggiore abbondanza di specie di batteri in grado di degradare le fibre, rispecchiando quindi una dieta più ricca in carboidrati complessi (Segata, 2015).
Questa associazione tra dieta ricca in fibre e microbioma intestinale è stata dimostrata anche in soggetti occidentali con diete abituali diverse. Ad esempio, è riportato che soggetti vegetariani e vegani presentano un microbioma caratteristico rispetto ai soggetti onnivori, in particolare rispetto a quei soggetti che abitualmente consumano una dieta ricca di grassi saturi e proteine animali, e povera di carboidrati complessi (Bolte et al., 2021; De Filippis et al., 2016; Tarallo et al., 2021). Questo è associato alla produzione di molecole dall’attività antinfiammatoria e quindi positive per la salute (Bolte et al., 2021; De Filippis et al., 2016; Wu et al., 2016).
Individui onnivori che seguono abitualmente una dieta con elevata aderenza al modello della dieta Mediterranea sviluppano un microbioma ricco di specie microbiche in grado di degradare la fibra (De Filippis et al., 2016).
La dieta Mediterranea è un pattern nutrizionale onnivoro, che prevede però un elevato consumo di prodotti ricchi in fibre, come cereali integrali, legumi, frutta e verdura, ed un moderato consumo di prodotti di origine animale (Sofi et al., 2014; Trichopoulou et al., 2014).
Molti studi hanno evidenziato come l’aderenza alla dieta Mediterranea comporti diversi effetti benefici per la salute, come una ridotta incidenza di malattie cardiovascolari, diabete ed alcune tipologie di cancro (Guasch-Ferré & Willet, 2021).

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Quindi, il consumo di una dieta aderente al modello Mediterraneo permette la selezione nel nostro intestino di un microbioma simile a quello di vegetariani/vegani.
Nonostante sia riconosciuto il ruolo della dieta abituale nel plasmare il microbioma intestinale, molti studi hanno dimostrato che è possibile modularne la composizione attraverso interventi nutrizionali più o meno lunghi.
Ad esempio, uno studio recente ha provato che somministrando una dieta Mediterranea a soggetti obesi per 2 mesi, è possibile stimolare un aumento di microrganismi benefici nell’intestino, nonché la produzione di metaboliti dall’effetto positivo sulla salute (Meslier et al., 2020).

Infatti, i nutrienti che ingeriamo con la dieta costituiscono “nutrimento” anche per il microbioma intestinale, che li trasforma attraverso il suo metabolismo, con produzione di metaboliti che possono avere un effetto benefico o deleterio sulla salute umana (Ercolini & Fogliano, 2018).
Molti metaboliti microbici possono essere assorbiti a livello intestinale e, una volta entrati nel circolo sanguigno, raggiungere anche organi lontani dall’intestino, influenzando così la nostra salute.
Tra le molecole benefiche, le più studiate sono gli acidi grassi a corta catena (Short-Chain Fatty Acids, SCFA), prodotti da alcune specie microbiche nell’intestino a partire dalla fermentazione delle fibre, polisaccaridi complessi abbondanti nei prodotti di origine vegetale, come frutta, verdura, cereali integrali e legumi.
Gli SCFA hanno effetti positivi sulla salute, in quanto hanno azione antinfiammatoria e immunoregolatoria.
Un altro esempio sono le urolitine, molecole ad effetto antiproliferativo ed antinfiammatorio prodotte da alcuni microrganismi a partire dagli ellagitannini, una classe di polifenoli particolarmente abbondanti in noci e mandorle.
Da un’altra classe di polifenoli, le diazine, presenti nella soia ed in altri legumi, il microbioma intestinale può produrre l’equolo, dall’effetto anticancerogeno. Un’altra famiglia di metaboliti dall’azione benefica sono gli isotiocianati, prodotti dalla degradazione microbica dei glucosinolati presenti in broccoli ed altre Brassiacaceae. Tuttavia, in funzione dei substrati forniti al nostro microbioma, esso può produrre molecole dall’effetto negativo per la salute. Ad esempio, dalla degradazione della carnitina e della colina, particolarmente abbondanti in carne ed altri prodotti di origine animale, il microbioma intestinale può produrre la trimetilamina (TMA), che viene successivamente ossidata nel fegato, con formazione dell’ossido di trimetilamina (TMAO), che secondo alcuni studi potrebbe promuovere la formazione di placche aterosclerotiche e quindi, lo sviluppo di patologie cardiovascolari.
Inoltre, una dieta ricca in grassi promuove la produzione di acidi biliari, che nell’intestino vengono metabolizzati dal nostro microbioma, con produzione di acidi biliari secondari, riconosciuti per il ruolo pro-infiammatorio e cancerogeno.

L’effetto della dieta sul microbioma intestinale e la nuova frontiera del food design - Olobiotico
Questi esempi dimostrano l’importanza della dieta nell’influenzare le attività metaboliche del microbioma intestinale e, indirettamente, la produzione di molecole che possono avere un ruolo positivo o negativo sulla nostra salute. Su questo si basa un nuovo concetto di “food design”, che non può più limitarsi alla progettazione di un alimento sicuro, apprezzato e di qualità, ma che può prevedere lo studio delle composizioni migliori di ingredienti che abbiano un effetto benefico sulla salute dell’uomo. Infatti, esistono ormai le conoscenze di base per disegnare alimenti funzionali che siano pensati per la diversità e l’equilibrio del microbioma intestinale, in grado di fornirgli i precursori giusti per la produzione di molecole ad effetto benefico. In questo modo, possiamo utilizzare il metabolismo microbico per la produzione di molecole in grado di promuovere la nostra salute.
 

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Riferimenti Bibliografici

  1. Bolte L.A., Vich Vila A., Imhann F., et al. Long-term dietary patterns are associated with pro-inflammatory and anti-inflammatory features of the gut microbiome. Gut 70(7), 1287-98 (2021).
  2. De Filippis F, Pellegrini N, Vannini L, et al. High-level adherence to a Mediterranean diet beneficially impacts the gut microbiota and associated metabolome. Gut 65(11), 1812–21 (2016).
  3. Ercolini D, Fogliano V. Food Design To Feed the Human Gut Microbiota. J Agric Food Chem. 66(15), 3754–8 (2018).
  4. Guasch-Ferré M, Willet W.C. The Mediterranean diet and health: a comprehensive overview. Journal of Internal Medicine 290, doi:10.1111/joim.13333 (2021).
  5. Meslier V, Laiola M, Roager HM, et al. Mediterranean diet intervention in overweight and obese subjects lowers plasma cholesterol and causes changes in the gut microbiome and metabolome independently of energy intake. Gut 69(7), 1258–68 (2020).
  6. Segata N. Gut Microbiome: Westernization and the Disappearance of Intestinal Diversity. Curr Biol 25, R611-3 (2015).
  7. Sofi F., Macchi C., Abbate R., et al. Mediterranean diet and health status: an updated meta-analysis and a proposal for a literature-based adherence score. Public Health Nutr 17(12), 2769-82 (2014).
  8. Tarallo S, Ferrero G, De Filippis F, et al. Stool microRNA profiles reflect different dietary and gut microbiome patterns in healthy individuals. Gut, in press. doi: 10.1136/gutjnl-2021-325168 (2021).
  9. Trichopoulou A., Martínez-González M.A., Tong T.Y., et al. Definitions and potential health benefits of the Mediterranean diet: views from experts around the world. BMC Med. 12(1), 112 (2014).
  10. Wu GD, Compher C, Chen EZ, et al. Comparative metabolomics in vegans and omnivores reveal constraints on diet-dependent gut microbiota metabolite production. Gut 65(1), 63–72 (2016).

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