Analisi funzionale del microbioma

Per molto tempo, la ricerca sul microbioma si è concentrata principalmente su una domanda:

Quali batteri vivono nell'intestino?

La scienza moderna, tuttavia, va un passo avanti decisivo.

Oggi, una delle domande più importanti è:

Cosa possono fare realmente questi microrganismi?¹

È proprio qui che entra in gioco l'analisi funzionale del microbioma.

Dagli elenchi di batteri alla comprensione funzionale

Due persone possono avere specie batteriche molto diverse nell'intestino e mostrare comunque funzioni microbiche simili².

Ciò è dovuto al fatto che batteri diversi possono svolgere compiti metabolici simili.

Ecco perché la ricerca moderna sul microbioma si concentra sempre più sui potenziali funzionali piuttosto che solo sui nomi dei batteri³.

Le domande decisive sono:

• Quali vie metaboliche sono presenti?
• Quali funzioni microbiche sono rappresentate?
• Quanto è stabile l'ecosistema microbico?

Cosa sono i potenziali funzionali?

I microrganismi portano geni che consentono specifiche capacità metaboliche⁴.

Queste includono, ad esempio:

• La produzione di acidi grassi a catena corta
• La scomposizione delle fibre alimentari
• La sintesi delle vitamine
• La produzione di gas
• Le interazioni con la barriera intestinale

L'analisi funzionale del microbioma esamina queste capacità genetiche all'interno dell'ecosistema microbico.

È importante capire:

Le analisi funzionali esaminano il potenziale genetico. Non misurano direttamente i metaboliti stessi, bensì le capacità microbiche codificate nel DNA⁵.

Butirrato: una molecola chiave della ricerca moderna

Una delle funzioni microbiche studiate più intensamente è la produzione di butirrato⁶.

Il butirrato è un acido grasso a catena corta prodotto da alcuni batteri intestinali durante la fermentazione delle fibre alimentari.

Il butirrato è oggetto di intense ricerche in relazione a:

• La funzione della barriera intestinale
• La regolazione immunitaria
• La stabilità microbica
• I processi metabolici⁷

Tra i batteri produttori di butirrato ben noti vi sono:

• Faecalibacterium prausnitzii
• Roseburia
• Eubacterium rectale

Molti di questi microrganismi traggono beneficio da una dieta ricca di fibre⁸.

Perché l'analisi funzionale è così importante?

La ricerca moderna dimostra sempre più:

Il microbioma funziona come un ecosistema, non come una collezione di batteri isolati⁹.

Un elenco puramente tassonomico risponde alla domanda:

“Chi c'è?”

L'analisi funzionale risponde alla domanda:

“Cosa può fare questo ecosistema?”

Questo è particolarmente rilevante perché la diversità microbica e la stabilità funzionale sono strettamente interconnesse¹⁰.

Come funziona l'analisi funzionale?

I metodi tradizionali 16S esaminano principalmente le regioni marcatori batterici. Le informazioni funzionali possono essere stimate solo indirettamente attraverso tali approcci¹¹.

La moderna metagenomica shotgun va molto più avanti.

Analizza il DNA microbico totale all'interno di un campione. Ciò consente di indagare direttamente i geni microbici e le vie metaboliche¹².

In Bactera, utilizziamo il moderno sequenziamento shotgun combinato con la bioinformatica scientifica.

Con il nostro approccio Microbiome 360°, analizziamo:

Area	Cosa viene analizzato
Diversità batterica	Diversità alfa e stabilità microbica
Potenziali funzionali	Modelli metabolici microbici
Vie associate al butirrato	Potenziale di acidi grassi a catena corta
Funghi & Virus	Componenti dell'ecosistema più ampio
Geni di resistenza	Modelli genetici associati alla resistenza

È importante capire

L'analisi funzionale del microbioma fornisce approfondimenti scientifici sul potenziale microbico¹³.

Non sostituisce la diagnostica medica e non misura le concentrazioni effettive dei metaboliti all'interno del corpo.

I risultati sono destinati all'interpretazione scientifica ed educativa dei modelli microbici.

Conclusione

L'analisi funzionale del microbioma rappresenta il passo successivo nella ricerca moderna sul microbioma.

Invece di chiedere solo quali batteri sono presenti, indaga cosa può fare realmente l'ecosistema microbico.

Grazie al moderno sequenziamento shotgun, i potenziali metabolici microbici possono ora essere analizzati in modo molto più completo rispetto a pochi anni fa.

Ecco esattamente perché l'analisi funzionale sta diventando uno degli ambiti più importanti della scienza moderna del microbioma. Sei curioso di conoscere il potenziale funzionale del tuo ecosistema intestinale? Scopri come funziona l'analisi della flora intestinale.

Riferimenti scientifici

1. Lloyd-Price J et al. Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature. 2019.
2. Huttenhower C et al. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012.
3. Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology. 2021.
4. Qin J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010.
5. Quince C et al. Shotgun metagenomics from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021.
6. Makki K et al. The impact of dietary fiber on gut microbiota in host health and disease. Cell Host & Microbe. 2023.
7. Koh A et al. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell. 2016.
8. Asnicar F et al. Microbiome connections with host metabolism and habitual diet. Nature Medicine. 2021.
9. Knight R et al. The microbiome and human biology. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 2017.
10. Lozupone CA et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2022.
11. Johnson JS et al. Evaluation of 16S rRNA gene sequencing for species and strain-level microbiome analysis. Nature Communications. 2019.
12. Almeida A et al. A unified catalog of reference genomes from the human gut microbiome. Nature Biotechnology. 2021.
13. Knight R et al. Best practices for analysing microbiomes. Nature Reviews Microbiology. 2022.