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Alla pancia del problema

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Decodificare un dialogo diretto tra il microbiota intestinale e il cervello

I sottoprodotti del microbiota intestinale circolano nel flusso sanguigno, regolando i processi fisiologici dell’ospite tra cui l’immunità, il metabolismo e le funzioni cerebrali. Gli scienziati dell’Institut Pasteur (un’organizzazione di ricerca partner dell’Université Paris Cité), dell’Inserm e del CNRS hanno scoperto che i neuroni ipotalamici in un modello animale rilevano direttamente le variazioni dell’attività batterica e adattano di conseguenza l’appetito e la temperatura corporea. Questi risultati dimostrano che si verifica un dialogo diretto tra il microbiota intestinale e il cervello, una scoperta che potrebbe portare a nuovi approcci terapeutici per affrontare i disturbi metabolici come il diabete e l’obesità. I risultati dovrebbero essere pubblicati su Science il 15 aprile 2022.

L’intestino è il più grande serbatoio di batteri del corpo. Un numero crescente di prove rivela il grado di interdipendenza tra gli ospiti e il loro microbiota intestinale e sottolinea l’importanza dell’asse intestino-cervello. All’Institut Pasteur, neurobiologi dell’Unità di Percezione e Memoria (Institut Pasteur/CNRS) [1] , immunobiologi dell’Unità di Microambiente e Immunità (Institut Pasteur/Inserm) e microbiologi dell’Unità di Biologia e Genetica della Parete cellulare batterica ( Institut Pasteur/CNRS/Inserm) [2] hanno condiviso la loro esperienza per studiare come i batteri nell’intestino controllano direttamente l’attività di particolari neuroni nel cervello.

Gli scienziati si sono concentrati sul recettore NOD2 (dominio di oligomerizzazione del nucleotide) che si trova all’interno principalmente delle cellule immunitarie. Questo recettore rileva la presenza di muropeptidi, che sono i mattoni della parete cellulare batterica. Inoltre, è stato precedentemente stabilito che le varianti del gene che codifica per il recettore NOD2 sono associate a disturbi digestivi, incluso il morbo di Crohn, nonché a malattie neurologiche e disturbi dell’umore. Tuttavia, questi dati erano insufficienti per dimostrare una relazione diretta tra l’attività neuronale nel cervello e l’attività batterica nell’intestino. Lo ha rivelato il consorzio di scienziati nel nuovo studio.

Utilizzando tecniche di imaging cerebrale, gli scienziati hanno inizialmente osservato che il recettore NOD2 nei topi è espresso dai neuroni in diverse regioni del cervello e, in particolare, in una regione nota come l’ipotalamo. Successivamente hanno scoperto che l’attività elettrica di questi neuroni viene soppressa quando entrano in contatto con i muropeptidi batterici dall’intestino. “I muropeptidi nell’intestino, nel sangue e nel cervello sono considerati marcatori della proliferazione batterica”, spiega Ivo G. Boneca, capo della biologia e genetica dell’unità di parete cellulare batterica presso l’Institut Pasteur (CNRS/Inserm). Al contrario, se il recettore NOD2 è assente, questi neuroni non sono più soppressi dai muropeptidi. Di conseguenza, il cervello perde il controllo dell’assunzione di cibo e della temperatura corporea. I topi aumentano di peso e sono più suscettibili allo sviluppo del diabete di tipo 2,

In questo studio, gli scienziati hanno dimostrato il fatto sorprendente che i neuroni percepiscono direttamente i muropeptidi batterici, mentre si pensava che questo compito fosse assegnato principalmente alle cellule immunitarie. “È straordinario scoprire che i frammenti batterici agiscono direttamente su un centro cerebrale strategico come l’ipotalamo, noto per gestire funzioni vitali come la temperatura corporea, la riproduzione, la fame e la sete”, commenta Pierre-Marie Lledo, scienziato del CNRS e responsabile Unità di Percezione e Memoria dell’Institut Pasteur.

I neuroni sembrano quindi rilevare l’attività batterica (proliferazione e morte) come misura diretta dell’impatto dell’assunzione di cibo sull’ecosistema intestinale. ” L’assunzione eccessiva di un alimento specifico può stimolare la crescita sproporzionata di alcuni batteri o agenti patogeni, mettendo a repentaglio l’equilibrio intestinale “, afferma Gérard Eberl, capo dell’Unità Microambiente e immunità dell’Institut Pasteur (Inserm).

L’impatto dei muropeptidi sui neuroni ipotalamici e sul metabolismo solleva interrogativi sul loro potenziale ruolo in altre funzioni cerebrali e potrebbe aiutarci a comprendere il legame tra alcune malattie cerebrali e varianti genetiche di NOD2. Questa scoperta apre la strada a nuovi progetti interdisciplinari alla frontiera tra neuroscienze, immunologia e microbiologia e, in definitiva, a nuovi approcci terapeutici alle malattie del cervello e ai disturbi metabolici come il diabete e l’obesità.


[1] Questa unità di ricerca è anche conosciuta come “Laboratorio dei geni, delle sinapsi e della cognizione” (Institut Pasteur/CNRS).
Anche il Paris Brain Institute (CNRS/Inserm/Sorbonne Université/AP-HP) ha contribuito a questi risultati.

[2] Il nome dell’unità del CNRS è “Unità di microbiologia molecolare e integrativa” e il nome dell’unità Inserm è “Unità di patofisiologia e interazioni ospite-microbo” (Institut Pasteur/CNRS/Inserm).

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