Che cos’è la Metabolomica?
“L’uomo è ciò che mangia”. Questo celebre aforisma del filofoso tedesco Ludwig Feuerbach ben si adatta a uno dei filoni di ricerca più promettenti della biochimica contemporanea: la Metabolomica, ossia lo studio dei metaboliti, i prodotti finali o intermedidelle reazioni che avvengono nel nostro metabolismo.
I metaboliti sono sintetizzati o utilizzati dall’organismo quando quest’ultimo scompone il cibo, i farmaci, le sostanze chimiche o i suoi stessi tessuti e si possono rintracciare in campioni di sangue o di feci, attraverso diverse tecniche di analisi. La metabolomica fotografa le impronte chimiche lasciate da specifici processi cellulari e ci fornisce così una base oggettiva per capire come gli alimenti, i nutrienti e altri fattori ambientali influiscano sul nostro stato di salute e sullo sviluppo di patologie acute e croniche.
Metabolomica e dieta
Alcuni ricercatori hanno utilizzato il metodo della “metabolomica non mirata” (untargeted metabolomics), che permette di identificare, in campioni biologici, un ampio numero di molecole derivate dal metabolismo e hanno confrontato i risultati con un database di alimenti presenti nella dieta in diverse parti del mondo. In questo modo è stato compilato un catalogo molto più esteso di quello attualmente disponibile di “firme molecolari” create dal consumo di cibo o dai prodotti dei processi digestivi.
Il senso di questa ricerca è stato sintetizzato così da Pieter Dorrestein, direttore della Collaborative Mass Spectrometry Innovation Center presso la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences dell’Università della California (UC) a San Diego: “Possiamo utilizzare questo approccio per ottenere informazioni su come si alimenta una persona in modo oggettivo e comprendere meglio le relazioni con il suo quadro clinico. Ora è possibile collegare agli effetti sulla salute le molecole che sono prodotte dall’alimentazione non una alla volta, ma tutte insieme.”
“La possibilità di leggere direttamente la dieta da un campione di sangue o di feci,- aggiunge Knight- ha enormi implicazioni per la ricerca in popolazioni come, per esempio, le persone con malattia di Alzheimer, che potrebbero non essere in grado di ricordare o spiegare cosa hanno mangiato.”
L’Attività metabolica dei microorganismi intestinali
È ormai noto che l’attività metabolica di tutti i microrganismi che compongono il microbiota umano interagisca con il metabolismo dell’ospite; non è, tuttavia, ancora completamente compreso come questa reciprocità possa contribuire alla salute e alle malattie umane.
Il microbiota intestinale è rappresentato da una popolazione diversificata e dinamica di microrganismi, inclusi batteri, archaea ed eucarioti, che vivono nel tratto gastrointestinale di un individuo e che sviluppano una relazione profonda e complessa di scambi reciprocamente vantaggiosi con l’organismo ospite.
L’interazione tra il microbiota intestinale e l’ospite comporta la produzione e il consumo di metaboliti. In particolare, il microbiota intestinale è responsabile della sintesi di biomolecole, come vitamine e proteine enzimatiche, che l’ospite non può produrre.
Il microbiota, contribuendo all’attività metabolica di un individuo, esercita una marcata influenza sulle sue condizioni fisiologiche e patologiche, svolge un ruolo importante in processi quali la regolazione e lo sviluppo dell’immunità dell’ospite, la digestione e l’integrità dell’ambiente specifico che colonizza. Pertanto, le alterazioni del microbiota possono portare a conseguenze importanti per la salute di un individuo. La disregolazione del microbiota (disbiosi) è stata infatti osservata in diverse malattie, tra cui la sindrome infiammatoria intestinale e l’obesità, ma anche in disturbi legati al sistema nervoso centrale.
Studi recenti hanno rivelato che le intriganti interazioni tra intestino e sistema nervoso centrale, il cosiddetto asse intestino-cervello, sono modulate dalla complessa rete di scambi promossa dal microbiota.
Per questo motivo, l’analisi della composizione del microbiota intestinale è di fondamentale interesse nello studio della patogenesi correlata al sistema nervoso centrale.
Una nuova ottica sul microbiota
Un gruppo di ricercatori del Centro Complessità e Biosistemi dell’Università degli Studi di Milano ha pubblicato sulla rivista iScience del gruppo Cell, uno studio su un nuovo metodo computazionale per ricavare lo spettro di metaboliti associati al microbioma di un individuo.
Il metodo, denominato Stella, applicato al microbioma di pazienti affetti dal disturbo dello spettro autistico e da sclerosi multipla, ha permesso di identificare i metaboliti già noti e nuovi metaboliti correlati alle patologie.
“Stella integra le informazioni conosciute sulle vie metaboliche associate a ciascuna specie batterica ed estrae da queste l’elenco dei prodotti metabolici di ogni singolare reazione mediante un’analisi automatica.”Caterina La Porta, professore di Patologia Generale del dipartimento di Scienze e Politiche Ambientali dell’ateneo e coordinatrice dello studio, descrive la grande forza e l’innovazione di Stella che consente, grazie al confronto dei risultati di un singolo soggetto con i dati del profilo metabolico di soggetti sani, di identificare le alterazioni metaboliche individuali.
Conclude Stefano Zapperi, professore al dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli” dell’Università degli Studi di Milano e coautore dello studio: “La piattaforma Stella aiuta a identificare nuovi bersagli per rendere le terapie tradizionali più efficaci, utilizzando un approccio integrato che affronta la complessità del network metabolico”.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
“Ricerca, nuove possibilità per capire come il cibo ci trasforma”; 15 Luglio 2022 Nutrizione
“H-NMR-Based Metabolomics in Autism Spectrum Disorder and Pediatric Acute-Onset Neuropsychiatric Syndrome”. Antonella Gagliano, Federica Murgia , Agata Maria Capodiferro, Marcello Giuseppe Tanca, Aran Hendren, Stella Giulia Falqui, Michela Aresti, Martina Comini, Sara Carucci, Eleonora Cocco, Lorena Lorefice, Michele Roccella, Luigi Vetri and Luigi Atzori. Journal of Clinical Medicine
