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Gli scienziati della Mayo sviluppano un indice matematico per distinguere il microbioma sano da quello malato

ROCHESTER, Minnesota – Cosa fa sì che alcune persone sviluppino malattie croniche come l’artrite reumatoide , il cancro e la sindrome metabolica mentre altre rimangono in buona salute? Un indizio importante potrebbe essere trovato nel loro microbioma intestinale – i trilioni di microbi che vivono all’interno del sistema digestivo che regolano le varie funzioni corporee.

Per utilizzare l’enorme popolazione di minuscoli organismi come proxy per il benessere delle persone, i ricercatori della Mayo Clinic hanno sviluppato un indice di salute del microbioma intestinale. Questo indice distingue un microbioma sano da uno malato. 

In un nuovo studio pubblicato nel numero del 15 settembre di Nature Communications, i ricercatori rivelano come il loro indice, composto da una formula matematica biologicamente interpretabile, possa prendere un profilo del microbioma intestinale dal campione di feci di una persona per rivelare la probabilità di avere una malattia indipendentemente dalla diagnosi clinica. 

“Questa scoperta fa avanzare la nostra comprensione della composizione di un microbioma intestinale sano che è stato a lungo ricercato”, afferma Jaeyun Sung, Ph.D. , l’autore corrispondente. “Il nostro indice prevede quanto un campione di microbioma intestinale assomigli a condizioni sane o malsane”. Il dottor Sung è un assistente professore di chirurgia, Mayo Clinic College of Medicine and Science, e ricercatore all’interno del Mayo Clinic Center for Individualized Medicine Microbiome Program.

Effetti del microbioma intestinale sulla salute

Il dottor Sung afferma che gli effetti del microbioma altamente complesso sulla salute umana sono profondi, ma la scienza su come rilevare correttamente se qualcosa potrebbe essere sbagliato e su come applicare il microbioma intestinale come indicatore di salute generale è relativamente nuova. Quello che si sa è che l’ecosistema dei microbi è legato a una serie di benefici per la salute, tra cui aiutare a digerire il cibo, regolare il metabolismo e svolgere un ruolo nell’immunità. Tuttavia, rimangono molte domande. Studi recenti collegano le alterazioni del microbioma intestinale alle principali malattie croniche. Il dottor Sung afferma che la mancanza di test analitici o di biomarcatori basati su algoritmi ostacola la rilevazione dei primi segni di malattia prima che si manifestino sintomi specifici e diagnosticabile.

Per il nuovo studio, il dottor Sung e il suo team hanno analizzato 4.347 metagenomi di feci umane disponibili al pubblico, che consentono ai ricercatori di sequenziare ampiamente tutti i geni in tutti gli organismi conosciuti presenti in un campione di feci. I campioni sono stati raggruppati in 34 studi pubblicati che abbracciano condizioni di salute e 12 condizioni di malattia non sane. Quasi 1.700 dei campioni di microbioma intestinale provenivano da persone non sane, cioè quelle con una malattia diagnosticata clinicamente o con un peso corporeo anormale basato sull’IMC. Quasi 2.600 campioni provenivano da persone segnalate come sane, cioè senza malattie evidenti o sintomi avversi.

“Abbiamo raggruppato i campioni non sani in un gruppo e i campioni sani in un altro”, spiega il dott. Sung. “Poi abbiamo fatto un confronto delle frequenze dei microbi che sono state osservate in entrambi i gruppi. Abbiamo scoperto che alcuni microbi sono osservati molto più frequentemente nel gruppo sano, rispetto al gruppo non sano e viceversa.

La sua analisi ha portato a una firma del microbioma dell’intestino umano sano composto da 50 specie microbiche.

“Ma la vera sfida allora era applicare queste informazioni per progettare un indicatore di salute”, dice il dott. Sung.

La formula matematica fa avanzare la scoperta del microbioma

La scoperta di una firma del microbioma intestinale sano ha portato il dottor Sung e il suo team a sviluppare una formula matematica che predice quanto un campione di microbioma intestinale somigli a condizioni sane o non sane. Hanno creato un rapporto tra le specie con abbondanza di salute e le specie con scarsa salute. Maggiore è il numero, maggiori sono le possibilità che il corrispondente campione di microbioma provenga da una persona sana.

“Quindi un numero più alto ti dirà: ‘Oh, hai un aspetto molto sano. Il tuo microbioma assomiglia a quello di una popolazione sana’”, dice il dottor Sung. “Ma un numero basso rivela:” Oh, non possiamo ancora dire esattamente quale malattia potresti avere, ma possiamo dire che qualcosa sembra fuori posto. Il tuo microbioma assomiglia molto a quello che sarebbe un microbioma in una popolazione di malattie “. Ed è quello che chiamiamo Gut Microbiome Health Index. Puoi vederlo come un ‘punteggio di credito per il tuo intestino’ “.

In una coorte di convalida indipendente di quasi 700 soggetti umani, i campioni sani sono stati distinti da campioni non sani il 74% delle volte.

Connessione cardiovascolare al microbioma intestinale

Durante lo studio, il dottor Sung ha scoperto un’altra scoperta: una moderata correlazione tra l’indice di salute del microbioma intestinale e le lipoproteine ??ad alta densità, o HDL, o “colesterolo buono”, nel sangue. 

“Più alto è l’indice di salute del microbioma intestinale, maggiore è il livello di HDL”, spiega. “Il fatto che siamo stati in grado di trovare questa correlazione con un marker di salute cardiovascolare è davvero entusiasmante, poiché ora stiamo collegando le informazioni sul microbioma intestinale con i dati clinici. Un’area di ricerca nel mio gruppo è identificare il modo in cui il microbioma intestinale comunica ai vari tessuti nel corpo attraverso segnali chimici. Attualmente, siamo lontani dall’essere in grado di trarre conclusioni su meccanismi specifici, ma abbiamo alcune piste promettenti che vorremmo perseguire ulteriormente “.

Dice che la scoperta evidenzia il potenziale dell’indice di essere un potente e coerente predittore di salute. In un futuro non troppo lontano, il dottor Sung immagina un momento in cui fornire un campione di feci per valutare il microbioma durante le visite regolari con un medico sarebbe diventato una routine. Spera di sviluppare ulteriormente l’indice di salute del microbioma intestinale in modo che possa un giorno contribuire a programmi completi di screening medico e preventivo.

“La nostra proposta metrica quantitativa delle feci per l’indicizzazione della salute del microbioma è un’innovazione concettuale e tecnica e ha il potenziale per informare i trattamenti per il mantenimento o il ripristino della salute attraverso la modulazione del microbioma intestinale”, afferma il dott. Sung. “Il nostro indice fornisce un punto di destinazione di ciò a cui vuoi che assomigli il tuo microbioma, specialmente dopo una massiccia perturbazione, come intossicazione alimentare o antibiotici. Inoltre, questo lavoro dimostra il potere di integrare campioni esistenti attraverso varie fonti e condizioni di salute per identificare veramente robusti intuizione che avvantaggia la salute umana “.

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