L’integrazione di fibre protegge dagli antibiotici

Nature Communications volume 14, numero articolo: 5161 (2023) Citare questo articolo

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La disbiosi intestinale indotta da antibiotici (AID) è un effetto collaterale frequente e grave dell’uso di antibiotici e mitigare questa disbiosi è un obiettivo terapeutico fondamentale. Proponiamo che la dieta dell’ospite possa modulare l’ambiente chimico dell’intestino con conseguenti modifiche alla struttura e alla funzione del microbioma durante il trattamento antibiotico. La disbiosi intestinale è tipicamente caratterizzata da un aumento del metabolismo batterico respiratorio aerobico, del potenziale redox e dell’abbondanza di proteobatteri. In questo studio, esploriamo gli integratori di fibre alimentari come potenziali modulatori dell’ambiente chimico nell’intestino per ridurre questo modello di disbiosi. Utilizzando diete definite e sequenziamento dell’intero genoma di microbiomi murini femminili durante la modulazione della dieta e il trattamento antibiotico, abbiamo scoperto che i prebiotici delle fibre hanno ridotto significativamente l’impatto del trattamento antibiotico sulla composizione e sulla funzione del microbioma. Osserviamo una ridotta abbondanza di batteri aerobi e di vie metaboliche associate al metabolismo ossidativo. Questi risultati metatrascrittomici sono corroborati da misurazioni chimiche di eH e pH suggerendo che la fibra smorza gli effetti disbiotici degli antibiotici. Questo lavoro indica che la fibra può agire come potenziale terapeutico per l’AIDS modulando il metabolismo batterico nell’intestino per prevenire un aumento del potenziale redox e proteggere i microbi commensali durante il trattamento antibiotico.

Gli antibiotici rappresentano una parte cruciale della medicina moderna poiché consentono la difesa contro le infezioni, ma il loro utilizzo spesso provoca danni collaterali al microbioma intestinale1,2,3. Questo AIUTO può portare a complicazioni di salute come malattie infiammatorie intestinali, funzioni immunitarie aberranti, infezioni e disturbi metabolici4. Diversi studi hanno esplorato metodi per ridurre lo stress antibiotico sul microbioma utilizzando farmaci adsorbenti per via orale e integratori probiotici5,6.

Tuttavia, questi approcci possono ridurre l’efficacia dei farmaci o aumentare lo squilibrio intestinale nel caso dei probiotici6. In questo lavoro, utilizziamo la dieta per modificare l'ambiente chimico intestinale e studiamo come i prebiotici delle fibre possono alleviare l'AIDS prevenendo l'aumento del potenziale redox intestinale osservato dopo il trattamento antibiotico4,7,8.

Il tipo di fonte di carbonio nella dieta può determinare quali accettori di elettroni raggiungono i batteri nell’intestino guidando reazioni biochimiche specifiche e prevedibili9,10,11. Ad esempio, le semplici fonti di carbonio presenti nella dieta occidentale ricca di zuccheri vengono rapidamente assorbite dall’ospite, limitando il carbonio per i microbi nell’intestino. Poiché questi microbi competono per il limitato carbonio disponibile, metabolizzano il carbonio derivato dall'ospite dai rivestimenti delle mucose dell'intestino12,13. Ciò, di conseguenza, aumenta l’infiammazione intestinale e modifica la struttura del microbioma selezionando i batteri che prosperano in questo ambiente infiammatorio e aerobico14. Questo ambiente disbiotico può fornire accettori di elettroni come O2, NO3, Fe3+ e selezionarli termodinamicamente per reazioni metaboliche con energia potenziale redox più elevata11,15. D'altra parte la fibra alimentare seleziona i microbi che possono metabolizzare i polisaccaridi complessi utilizzando il metabolismo fermentativo. Gli acidi grassi a catena corta (SCFA) prodotti dai batteri attraverso la fermentazione vengono metabolizzati dai colonciti in una reazione che consuma ossigeno16,17,18. Come risultato di questo ambiente anaerobico, le reazioni metaboliche con energia potenziale redox inferiore sono termodinamicamente favorite, come la fermentazione.

Una prospettiva attuale sulla sensibilità batterica agli antibiotici suggerisce che la modifica del metabolismo potrebbe proteggere dallo stress antibiotico. Numerosi studi in vitro hanno testato questa ipotesi e hanno scoperto che la repressione del metabolismo microbico diminuisce la suscettibilità agli antibiotici19,20,21,22. Questi studi suggeriscono che la suscettibilità è associata a segni di attività metabolica come la sovraregolazione del ciclo inutile, il ricambio di ATP, un potenziale di membrana più elevato e un aumento delle specie radicaliche. Al contrario, è stato dimostrato che un pH elevato, il disaccoppiamento del trasporto degli elettroni e la ridotta disponibilità di glucosio sopprimono il metabolismo microbico e proteggono dagli antibiotici20,22. Questo meccanismo di suscettibilità guidato dal metabolismo è stato ampiamente studiato in vitro, tuttavia, lavori recenti suggeriscono anche che anche la modulazione del metabolismo dei batteri intestinali nell’ospite potrebbe avere un impatto sull’AID.