Instabilità del microbiota legata a una scarsa crescita nei bambini

Sebbene una dieta inadeguata sia un fattore importante, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto oltre un decennio fa che le comunità disfunzionali di microbi intestinali svolgono un ruolo importante nell’innescare la malnutrizione.

La malnutrizione è una delle principali cause di morte nei bambini di età inferiore ai 5 anni e quasi 150 milioni di bambini in tutto il mondo al di sotto di questa età hanno una crescita stentata a causa della mancanza di nutrizione.

Sebbene una dieta inadeguata sia un fattore importante, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto oltre un decennio fa che le comunità disfunzionali di microbi intestinali svolgono un ruolo importante nell’innescare la malnutrizione.

Ora, in un lavoro svolto in collaborazione con il Salk Institute e l’UC San Diego, i ricercatori di WashU Medicine hanno scoperto che i bambini in Malawi – tra i luoghi più colpiti dalla malnutrizione – che avevano un microbiota intestinale fluttuante mostravano una crescita inferiore rispetto ai bambini con un microbiota più stabile.

Tutti i bambini erano ad alto rischio di arresto della crescita e malnutrizione acuta.

“Sappiamo che i microbi intestinali sono importanti mediatori della malnutrizione”, ha detto Mark J. Manary, professore di pediatria presso WashU Medicine, esperto di malnutrizione di fama internazionale e co-autore corrispondente del nuovo studio.

“Contribuendo alla nostra comprensione di come i cambiamenti nei microbi intestinali contribuiscano direttamente alla condizione, apriamo la strada a nuovi metodi per diagnosticare e trattare milioni di bambini affetti in tutto il mondo”.

I risultati, pubblicati il 9 settembre su Cell, stabiliscono una libreria di genoma microbico pediatrico, un database di salute pubblica contenente profili genetici completi di 986 microbi provenienti da campioni fecali di otto bambini del Malawi raccolti nell’arco di quasi un anno che possono essere utilizzati per studi futuri per aiutare a prevedere, prevenire e curare la malnutrizione.

Migliore crescita con un microbiota intestinale stabile

Più di vent’anni fa, Manary è diventato un attore chiave nell’introduzione di un alimento terapeutico a base di burro di arachidi per combattere la denutrizione acuta grave in Malawi, un paese dell’Africa sub-sahariana dove il 37% dei bambini è affetto da arresto della crescita.

Ha sviluppato e testato clinicamente la pasta ipercalorica e ricca di sostanze nutritive, che ha salvato migliaia di vite dalla sua adozione come standard globale di cura per la malnutrizione acuta grave.

I bambini che sopravvivono alla condizione spesso affrontano sfide continue nel metabolismo, nella crescita ossea, nella funzione immunitaria e nello sviluppo del cervello.

Fornire cibo in modo che i bambini abbiano abbastanza nutrienti per riprendersi non è sufficiente da solo per aiutarli a crescere e prosperare, ha spiegato Manary.

Tra gli altri effetti, la malnutrizione provoca uno squilibrio nel microbioma intestinale, la comunità di batteri e altri microrganismi che vivono nell’intestino, riducendo i microbi benefici e aumentando quelli che causano malattie.

I ricercatori hanno ipotizzato che il miglioramento della salute dei bambini malnutriti possa risiedere nella comprensione dei cambiamenti in un paesaggio intestinale composto da centinaia di specie batteriche.

Per comprendere i modelli microbici associati alla crescita del bambino, i ricercatori hanno sequenziato il materiale genomico da 47 campioni fecali raccolti nell’arco di 11 mesi da otto bambini, che erano stati precedentemente arruolati in uno studio clinico che testava l’effetto degli alimenti complementari a base di legumi sulla riduzione o l’inversione della disfunzione enterica ambientale, una condizione cronica che colpisce l’intestino tenue. e scarsa crescita.

I bambini scelti per lo studio avevano un’età compresa tra i 12 e i 24 mesi e avevano punteggi di lunghezza per età (LAZ) in miglioramento o in peggioramento, un indicatore di crescita che misura l’altezza dei bambini rispetto alle medie previste per la loro età e sesso.

I ricercatori hanno scoperto che i bambini con una collezione di genomi microbici che sono rimasti stabili – il che significa che la popolazione microbica non ha subito cambiamenti drastici – hanno mostrato una crescita migliore rispetto a quelli con composizione microbica instabile, suggerendo che la stabilità del microbioma intestinale può essere utile per sostenere la crescita nei bambini.

La misurazione di tali cambiamenti, ha spiegato Manary, può essere utilizzata per valutare la salute dell’intestino.

Creazione di librerie genomiche

Lo studio ha utilizzato una moderna tecnica di sequenziamento genetico nota come sequenziamento a lettura lunga per ricostruire pangenomi microbici completi, che includono il materiale genetico di tutti i membri di una specie microbica.

Questo approccio ha catturato genomi del microbiota 50 volte più completi rispetto al metodo tradizionale e ha fornito una visione genetica più completa delle comunità microbiche nei bambini ad alto rischio di arresto della crescita e denutrizione acuta.

“L’arresto della crescita e la denutrizione acuta sono definiti da misurazioni fisiche facilmente misurabili, che derivano da processi sottostanti complessi e diversificati”, ha detto il co-autore senior Kevin Stephenson, assistente professore di medicina presso WashU Medicine.

“Una migliore risoluzione e accuratezza nell’identificazione delle comunità microbiche, nel modo in cui cambiano e in ciò che stanno facendo può far luce su aspetti altrimenti non misurabili della denutrizione, nonché sul ruolo che il microbioma intestinale svolge nel causarla”.

La tecnica ha permesso di generare la nuova libreria di genomi microbici pediatrici dello studio.

I ricercatori hanno ottimizzato un flusso di lavoro di sequenziamento a lettura lunga che altri scienziati possono adattare per costruire librerie di genomi per varie applicazioni ed è modificabile per la ricerca eseguita in laboratori remoti che operano in luoghi di difficile accesso.

“Se applicati in laboratori molecolari remoti sul campo, il sequenziamento del genoma e gli approcci pangenomici che abbiamo sviluppato possono fornire informazioni in tempo reale non solo sulla sorveglianza delle pandemie, sulla resistenza agli antibiotici e sulle malattie infettive, ma anche sulla produttività agricola, sul monitoraggio ambientale e sulla conservazione della biodiversità”, ha detto l’autore senior Todd Michael, professore di ricerca al Salk.

“Si tratta di un potente progresso tecnologico che espande la portata della genomica e stabilisce un nuovo standard per la ricerca scientifica nel campo”.

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