Il microbiota intestinale del padre influenza la generazione successiva

Lo studio, condotto dal gruppo di Hackett presso il Laboratorio europeo di biologia molecolare (EMBL) di Roma, ha scoperto che la distruzione del microbioma intestinale nei topi maschi aumenta il rischio di malattie nella loro futura prole.

Il microbioma intestinale è la comunità microbica che popola il tratto gastrointestinale. È responsabile della produzione di enzimi, metaboliti e altre molecole importanti per il metabolismo dell'ospite e la sua risposta all'ambiente.

Di conseguenza, un microbioma intestinale equilibrato è importante per la salute dei mammiferi, poiché aiuta a regolare i sistemi immunitario ed endocrino. Ciò a sua volta influenza la fisiologia dei tessuti in tutto il corpo. Tuttavia, si sapeva poco sull'influenza del microbioma intestinale sulla funzione riproduttiva dell'ospite e se un microbioma paterno alterato potesse influenzare la salute della sua prole.

Il gruppo di Hackett all'EMBL di Roma, insieme ai gruppi di Bork e Zimmermann all'EMBL di Heidelberg, hanno deciso di rispondere a questa domanda. I risultati del loro studio, pubblicato sulla rivista Nature, hanno dimostrato che la distruzione del microbioma intestinale nei topi maschi aumenta la probabilità che la loro prole nasca con un basso peso alla nascita e sia ad aumentato rischio di morte prematura..

Trasmettere informazioni alla generazione successiva

Per studiare l'influenza del microbioma intestinale sulla riproduzione maschile e sulla loro prole, i ricercatori hanno modificato la composizione dei microbi nell'intestino dei topi maschi trattandoli con antibiotici comuni che non entrano nel flusso sanguigno. Ciò provoca una condizione chiamata disbiosi, in cui l'ecosistema microbico nell'intestino diventa sbilanciato.

Gli scienziati hanno poi analizzato i cambiamenti nella composizione di importanti metaboliti testicolari. Hanno scoperto che la disbiosi nei topi maschi influenzava la fisiologia testicolare, così come la composizione dei metaboliti e la segnalazione ormonale. Almeno parte di questo effetto era dovuto ai cambiamenti nei livelli dell'ormone chiave leptina nel sangue e nei testicoli dei maschi con disbiosi indotta.

Queste osservazioni suggeriscono che nei mammiferi esiste un "asse intestino-linea germinale" che costituisce un collegamento importante tra l'intestino, il suo microbiota e la linea germinale.

Per comprendere l'importanza di questo "asse intestino-linea germinale" per i tratti ereditari, gli scienziati hanno incrociato maschi non trattati o disbiotici con femmine non trattate. I topi provenienti da padri disbiotici hanno mostrato un peso alla nascita significativamente più basso e un aumento della mortalità dopo la nascita. Varie combinazioni di antibiotici, così come il trattamento con lassativi che causano disbiosi (che interrompono anche il microbiota), hanno avuto effetti simili sulla prole.

È importante notare che questo effetto è reversibile. Dopo la sospensione degli antibiotici, il microbioma paterno viene ripristinato. Quando i topi con il microbioma ripristinato sono stati accoppiati con femmine non trattate, la loro prole è nata con un peso normale e si è sviluppata normalmente.

"Abbiamo osservato che gli effetti intergenerazionali scompaiono una volta ripristinato il normale microbioma. Ciò significa che qualsiasi cambiamento nel microbioma intestinale che potrebbe causare effetti intergenerazionali può essere prevenuto nei futuri padri", ha affermato Peer Bork, direttore dell'EMBL Heidelberg, che ha partecipato nello studio.

"Il passo successivo è comprendere in dettaglio come vari fattori ambientali, come i farmaci, compresi gli antibiotici, possono influenzare le linee germinali paterne e quindi lo sviluppo embrionale."

Aile Denboba, prima autrice della pubblicazione ed ex borsista post-dottorato nel gruppo di Hackett, ora leader del gruppo presso l'Istituto Max Planck di immunologia ed epigenetica di Friburgo, in Germania, ha aggiunto: "Lo studio è nato dal desiderio di comprendere l'influenza dell'ambiente sui padri, considerando il microbioma intestinale come un collegamento tra le interazioni ospite-ambiente, creando un modello di causa sufficiente per valutare i rischi per la salute intergenerazionale in sistemi ecologici complessi."

L'influenza dei padri sul rischio di malattie durante la gravidanza

Nel loro lavoro, Hackett e i suoi colleghi hanno anche scoperto che i difetti placentari, tra cui scarsa vascolarizzazione e crescita lenta, erano più comuni nelle gravidanze di maschi disbiotici. Le placente difettose mostravano segni di una complicanza comune della gravidanza negli esseri umani chiamata preeclampsia, che porta a una scarsa crescita della prole e rappresenta un fattore di rischio per un'ampia gamma di malattie più avanti nella vita.

"La nostra ricerca dimostra l'esistenza di un canale di comunicazione tra il microbioma intestinale e il sistema riproduttivo nei mammiferi. Inoltre, i fattori ambientali che interrompono questi segnali nei futuri padri aumentano il rischio di problemi di salute della prole alterando lo sviluppo della placenta", ha affermato Jamie Hackett, Coordinatore progetto di ricerca e capogruppo EMBL Roma

"Ciò implica che nei topi, l'ambiente paterno immediatamente prima del concepimento può influenzare i tratti della prole indipendentemente dall'eredità genetica."

"Allo stesso tempo, abbiamo scoperto che questo effetto si osserva solo in una generazione, e devo sottolineare che sono necessarie ulteriori ricerche per esaminare quanto diffusi siano questi effetti e se siano significativi negli esseri umani. Esistono differenze innate che devono essere prese in considerazione quando si trasferiscono gli studi sui topi agli esseri umani."

Hackett ha continuato: "Ma dato l'uso diffuso nella cultura occidentale di pratiche dietetiche e antibiotiche note per distruggere il microbioma intestinale, è importante dare uno sguardo più attento agli effetti intergenerazionali dei padri e al modo in cui possono influenzare gli esiti della gravidanza e il rischio di malattie nella popolazione”. "