Il microbiota intestinale del padre influenza la generazione successiva

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

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

Un microbioma intestinale equilibrato è quindi importante per la salute dei mammiferi, contribuendo a regolare il sistema immunitario ed endocrino. Questo, a sua volta, influenza la fisiologia dei tessuti in tutto il corpo. Tuttavia, si sapeva ancora poco sull'influenza del microbioma intestinale sulla funzione riproduttiva dell'ospite e se un microbioma paterno alterato potesse influire sulla salute della prole.

Il gruppo di Hackett all'EMBL di Roma, insieme ai gruppi di Bork e Zimmermann all'EMBL di Heidelberg, si è proposto di rispondere a questa domanda. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature, hanno dimostrato che alterare il microbioma intestinale nei topi maschi aumenta la probabilità che la loro prole nasca sottopeso e sia a maggior rischio di morte prematura.

Trasmettere le informazioni alla generazione successiva

Per studiare l'impatto del microbioma intestinale sulla riproduzione maschile e sulla loro prole, i ricercatori hanno alterato la composizione microbica intestinale di topi maschi trattandoli con antibiotici comuni che non entrano nel flusso sanguigno. Questo causa una condizione chiamata disbiosi, in cui l'ecosistema microbico intestinale si sbilancia.

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 alle variazioni dei livelli dell'ormone chiave leptina nel sangue e nei testicoli dei maschi con disbiosi indotta.

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

Per comprendere l'importanza di questo "asse intestino-linea germinale" per l'ereditarietà, gli scienziati hanno incrociato maschi non trattati o disbiotici con femmine non trattate. I cuccioli di padri disbiotici presentavano pesi alla nascita significativamente inferiori e un aumento della mortalità postnatale. Diverse combinazioni di antibiotici, così come il trattamento con lassativi che inducono disbiosi (che a loro volta alterano il microbiota), hanno avuto effetti simili sulla prole.

È importante sottolineare che questo effetto è reversibile. Una volta interrotta la terapia antibiotica, il microbioma paterno viene ripristinato. Quando i topi con microbioma ripristinato vengono accoppiati con femmine non trattate, la loro prole nasce con un peso normale e si sviluppa normalmente.

"Abbiamo osservato che gli effetti intergenerazionali sono scomparsi dopo il ripristino del microbioma normale. 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 di Heidelberg, coinvolto nello studio.

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

Aile Denboba, primo autore dello studio ed ex ricercatore post-dottorato nel gruppo di Hackett, ora a capo del gruppo presso il Max Planck Institute for Immunology and Epigenetics 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 ponte tra le interazioni ospite-ambiente, creando un modello di causa sufficiente per valutare i rischi per la salute intergenerazionali in sistemi ecologici complessi".

L'influenza dei padri sul rischio di malattie in gravidanza

Nel loro lavoro, Hackett e 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 della gravidanza comune negli esseri umani, chiamata preeclampsia, che porta a una crescita ridotta della prole ed è un fattore di rischio per un'ampia gamma di malattie in età adulta.

"Il nostro studio dimostra l'esistenza di un canale di comunicazione tra il microbioma intestinale e l'apparato 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 del progetto di ricerca e responsabile del gruppo EMBL di 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 verifica solo in una generazione, e devo sottolineare che sono necessarie ulteriori ricerche per esaminare quanto siano diffusi questi effetti e se siano rilevanti per gli esseri umani. Ci sono differenze intrinseche di cui tenere conto quando si traspongono i risultati ottenuti sui topi agli esseri umani.

Hackett ha continuato: "Tuttavia, dato l'uso diffuso nella cultura occidentale di pratiche alimentari e antibiotiche che notoriamente alterano il microbioma intestinale, è importante analizzare più attentamente gli effetti intergenerazionali dei padri e il modo in cui possono influenzare gli esiti della gravidanza e il rischio di malattie nella popolazione".