Chi è Faecalibacterium prausnitzii ?
Faecalibacterium prausnitzii è un batterio anaerobio obbligato, Gram-positivo, appartenente alla famiglia Ruminococcaceae ( classe Clostridia e phylum Firmicutes ). È l’unica specie nota del genere Faecalibacterium e occupa circa il 5% del microbiota intestinale negli esseri umani adulti sani. Dal punto di vista biochimico, F. prausnitzii è noto per la sua capacità di fermentare l’acido acetico, ricevuto attraverso interazioni trofiche con il genere Bifidobacterium, per produrre butirrato, un acido grasso a corta catena con proprietà antinfiammatorie. Inoltre, sintetizza metaboliti benefici, tra cui composti ad azione immunomodulante, contribuendo al mantenimento dell’omeostasi intestinale. Numerosi studi hanno evidenziato il suo ruolo “health-promoting”, in particolare nella prevenzione e nel trattamento di malattie infiammatorie intestinali, come la colite ulcerosa e il morbo di Crohn, grazie alla sua capacità di modulare la risposta infiammatoria e rafforzare la barriera intestinale.
Essendo dipendente dal genere Bifidobacterium, nonostante quest’ultimo abbia un’abbondanza assoluta inferiore nel tratto gastrointestinale (GIT) dell’adulto, è evidente che una sua riduzione potrebbe portare indirettamente a una contrazione di F. prausnitzii, con relative conseguenze sulla salute dell’ospite.
Attività “Helt promoting” di Faecalibacterium prausnitzii
Studi recenti hanno svelato molti potenziali probiotici di nuova generazione (NGP). Questi includono Prevotella copri e Christensenella minuta, che controllano la resistenza all’insulina; Parabacteroides goldsteinii, Akkermansia muciniphila e Bacteroides thetaiotaomicron, che invertono l’obesità e la resistenza all’insulina; Faecalibacterium prausnitzii, che ha evidenziato un effetto protettivo nei topi dalle malattie infiammatorie intestinali; e Bacteroides fragilis, che riduce l’infiammazione e mostra un effetto antitumorale.
Grazie alla Probiogenomica, è stato possibile studiare i meccanismi genetici e funzionali alla base di vari pathway metabolici dei componenti autoctoni dell’intestino umano (fra cui F. prausnitzii), al fine di comprenderne l’impatto sull’ospite.
Come accennato nel primo paragrafo, F. prausnitzii è uno dei batteri produttori di butirrato più abbondanti nel tratto gastrointestinale.
Il butirrato svolge un ruolo importante nella fisiologia intestinale e ha effetti pleiotropici sul ciclo di vita delle cellule intestinali, oltre a numerosi benefici per la salute, tra cui:
- Protezione contro l’invasione di patogeni;
- Modulazione del sistema immunitario;
- Riduzione della progressione del cancro;
Inoltre, il butirrato presenta attività antinfiammatorie nella mucosa del colon. Ad esempio, è stato dimostrato che la somministrazione intra-rettale di batteri produttori di butirrato previene la colite. Pertanto, producendo butirrato nell’intestino, F. prausnitzii può avere un impatto sulle funzioni fisiologiche e sull’omeostasi intestinale, contribuendo al mantenimento della salute. Tuttavia, gli effetti fisiologici e i benefici specifici della produzione di butirrato da parte di F. prausnitzii non sono ancora stati pienamente dimostrati.
Ad oggi, però, la maggior parte dei dati collega l’abbondanza di F. prausnitzii allo stato di salute dell’ospite, rendendolo un ottimo biomarcatore.
In una profilazione del microbiota basata sul 16S rRNA, nella malattia infiammatoria intestinale (IBD), che comprende tre forme principali: morbo di Crohn (CD), colite ulcerosa (UC) e pouchite, si osserva una riduzione di questo microrganismo.
Stimare l’abbondanza relativa di F. prausnitzii può quindi fungere da biomarcatore della salute intestinale. Non a caso, bassi livelli di tale microrganismo potrebbero essere predittivi delle complicazioni sopra citate.
Faecalibacterium prausnitzii come probiotico: i problemi d’industrializzazione della produzione
Come anticipato all’inizio di questa guida, F. prausnitzii è un anaerobio stretto. La sua deplezione nei pazienti con IBD è dovuta principalmente all’eccesso di ossigeno e di specie reattive dell’ossigeno (ROS). Questi ultimi sono il risultato di una sovracrescita di microrganismi aerobi nel tratto gastrointestinale (GIT).
Il mantenimento di un ambiente anossico e l’uso di terreni estremamente complessi, e quindi costosi, rendono difficile la coltivazione di questo microrganismo. Questo problema ha implicazioni pratiche sia per il suo isolamento a scopi di ricerca sia per lo sviluppo di strategie di produzione industriale e commercializzazione di questo “health-promoter bacterium”.
Una strategia per affrontare queste problematiche è incentivare la crescita di F. prausnitzii in modo indiretto. Ad esempio, la rifaximina può favorirne lo sviluppo. Questo antibiotico è altamente mirato e specifico per i batteri aerotolleranti, quindi ha un ruolo chemiopreventivo. Protegge dai danni al DNA indotti dal perossido di idrogeno, derivato dal metabolismo batterico nei pazienti con IBD.
Si può anche utilizzare una terapia con cortisolo ad alto dosaggio o con Infliximab, un anticorpo monoclonale. Quest’ultimo può ripristinare completamente le concentrazioni di F. prausnitzii, portandole da zero a oltre 1,4 × 10¹⁰ batteri/mL in pochi giorni.
Un’altra opzione è sfruttare la strategia del cross-feeding metabolico, inducendo indirettamente F. prausnitzii tramite la somministrazione di bifidobatteri.
Queste ultime strategie non permettono la produzione di probiotici a base di F. prausnitzii, poiché la sua coltivazione su scala industriale resta complessa. Tuttavia, possono favorirne l’aumento indiretto nell’intestino umano.
Conclusioni e prospettive future
Possiamo concludere che le proprietà antinfiammatorie di Faecalibacterium prausnitzii rappresentano un’opportunità promettente per il trattamento di numerose patologie infiammatorie. Dalle malattie infiammatorie intestinali (IBD) alla sindrome dell’intestino irritabile, dalla celiachia fino alle malattie atopiche, questo batterio potrebbe rivoluzionare l’approccio terapeutico. Il suo potenziale è legato alla capacità di inibire l’attivazione di NF-κB e la secrezione di IL-8 nelle cellule Caco-2, riducendo così l’infiammazione a livello intestinale.
Sebbene il butirrato, metabolita chiave di F. prausnitzii, giochi un ruolo nel controllo dell’infiammazione, studi sperimentali suggeriscono che altri composti prodotti dal batterio possano essere determinanti. In un’ottica di Systems Biology, la ricerca sta mappando i pathway biochimici di questo microrganismo per comprendere meglio i suoi meccanismi “health-promoting” e, possibilmente, sviluppare strategie per la sua coltivazione su larga scala.
Un aspetto cruciale emerso è il ruolo immunomodulatore di F. prausnitzii, capace di stimolare la produzione di IL-10, una citochina antinfiammatoria, e di ridurre i livelli di IL-12, nota per il suo effetto pro-infiammatorio. Queste evidenze sono confermate sia nelle sperimentazioni in vitro che nei modelli in vivo.
Di conseguenza, modulare l’abbondanza di F. prausnitzii attraverso prebiotici e formulazioni specifiche potrebbe rappresentare un approccio profilattico o terapeutico innovativo. Ad esempio, è stato dimostrato che la fibra inulina influisce positivamente sulla composizione del microbiota intestinale, favorendo un aumento di Bifidobacterium e F. prausnitzii.
Tuttavia, il maggiore impatto clinico attuale riguarda la possibilità di utilizzare F. prausnitzii come biomarcatore per squilibri intestinali. La sua quantificazione nelle feci potrebbe fornire un indicatore chiave per la diagnosi precoce e il monitoraggio di diverse condizioni patologiche, aprendo nuove prospettive nella medicina personalizzata.
Fonti:
- Next generation probiotics in disease amelioration (2)
- Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health (1)
- Rifaximin modulates the colonic microbiota of patients with Crohn’s disease: an in vitro approach using a continuous culture colonic model system
- The role of faecal microbiota transplantation in the treatment of inflammatory bowel disease
- Role of microbiota-derived short-chain fatty acids in nervous system disorders
- Faecalibacterium prausnitzii: A Next-Generation Probiotic in Gut Disease Improvement