Il microbioma influenza l'invecchiamento
I batteri producono meno sostanze vitali di cui il corpo ha bisogno: una cura di ringiovanimento microbico può rallentare il processo di invecchiamento?
L'intestino ospita un complesso ecosistema di microrganismi. Il cosiddetto microbioma intestinale svolge un ruolo importante nella salute, nelle malattie e nell'invecchiamento. Diversi studi suggeriscono che il microbioma "invecchia" e guida i processi di invecchiamento dell'ospite. In precedenza non era chiaro quali fossero i meccanismi utilizzati dal microbioma per controllare l'invecchiamento dell'ospite. Questa domanda è stata indagata da un gruppo di ricerca guidato dal professor Christoph Kaleta, della Facoltà di Medicina dell'Università di Kiel (CAU) e del Cluster of Excellence "Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI), e dalla dottoressa Christiane Frahm dell'Ospedale Universitario di Jena (UKJ). Mentre Kiel ha contribuito con la sua esperienza nella modellazione metabolica, Jena ha fornito i dati sperimentali centrali per le analisi. Questo lavoro è stato svolto nell'ambito della rete di formazione innovativa Marie Sklodowska-Curie SmartAge (ITN) coordinata da Jena nell'ambito di Horizon 2020.
Nello studio, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che durante l'invecchiamento si verifica una forte riduzione dell'attività metabolica del microbioma. "Questi cambiamenti si riflettono direttamente nei processi metabolici dell'ospite", sottolinea Kaleta, che dirige il gruppo di lavoro Medical Systems Biology ed è anche coinvolto nel Centro di ricerca collaborativo (CRC 1182) "Origin and Function of Metaorganisms". I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature Microbiology. Un obiettivo centrale di ulteriori ricerche è quello di trovare il modo di invertire questi cambiamenti del microbioma legati all'età, ad esempio attraverso speciali integratori alimentari. In un altro studio pubblicato sulla rivista Microbiome, il Cluster of Excellence PMI è riuscito a rallentare i processi di invecchiamento in un modello animale mediante un trattamento ripetuto di ringiovanimento microbico.
I modelli al computer servono come immagine del metabolismo dei batteri intestinali
È noto da tempo che il microbioma cambia con l'età ed è coinvolto nei processi legati all'invecchiamento. "Gli studi dimostrano che il trasferimento del microbioma di animali anziani in animali giovani può aumentare i processi infiammatori, mentre al contrario il trapianto di un microbioma giovane in animali anziani ha mostrato effetti di ringiovanimento - un fenomeno che è stato osservato in varie specie", dice Frahm, che dirige il gruppo di ricerca Gut-Brain Interaction and Ageing presso l'UKJ.
"Per capire meglio questo fenomeno, abbiamo creato modelli computerizzati del metabolismo dell'ospite e del microbioma", spiega Kaleta. A tale scopo sono stati utilizzati dati biologici molecolari provenienti da campioni di tessuto intestinale, cerebrale, epatico e di feci di topi di diverse fasce d'età. Utilizzando i dati delle analisi dei tessuti e delle feci, è stato creato un modello computerizzato separato per ogni topo che rappresenta gli organi dell'ospite e del microbioma. In questo modo è possibile studiare quali molecole vengono scambiate tra l'ospite e il microbioma. "Abbiamo scoperto, ad esempio, che l'ospite spesso utilizza il microbioma come una sorta di riciclatore", continua Kaleta. L'ospite fornisce al microbioma i prodotti finali del metabolismo, che a loro volta vengono utilizzati per produrre sostanze essenziali per l'ospite. Questo permette un uso più efficiente delle risorse, anche se diminuisce con l'età.
Il declino dell'attività metabolica microbica legato all'età
Uno dei risultati principali dello studio è che l'attività metabolica del microbioma diminuisce significativamente con l'aumentare dell'età. "Le singole specie batteriche non collaborano più in modo così efficiente e sono sempre più in competizione per i nutrienti", spiega la prima autrice Lena Best. Questo ha un impatto diretto sull'ospite, in quanto molte funzioni cellulari essenziali, tra cui la stabilizzazione della barriera intestinale e i processi di riparazione e rimodellamento, dipendono dal microbioma.
Trasferimento delle feci: il microbioma dei topi giovani rallenta l'invecchiamento
Un altro studio del Cluster of Excellence guidato dal professor Philip Rosenstiel sui topi ha dimostrato che è effettivamente possibile ridurre i processi di invecchiamento nell'ospite e anche nel microbioma. "Esistono già indicazioni isolate in tal senso da studi precedenti, ma per la prima volta abbiamo cercato di ringiovanire il microbioma per l'intera durata della vita di un topo", ha spiegato Rosenstiel, membro del consiglio di amministrazione del Cluster of Excellence PMI e direttore dell'Istituto di Biologia Molecolare Clinica (IKMB) presso la Facoltà di Medicina dell'Università di Kiel e il Centro Medico Universitario Schleswig-Holstein (UKSH), Kiel Campus. A questo scopo, agli animali sono state trasferite le feci di topi giovani ogni otto settimane per due anni, mentre gli animali del gruppo di controllo hanno ricevuto il microbioma di topi della stessa età attraverso il trasferimento delle feci. "Siamo riusciti a ridurre alcuni segni dell'invecchiamento", sottolinea il primo autore, il dottor Felix Sommer, responsabile del gruppo di ricerca sul microbioma ospite funzionale dell'IKMB. "La coordinazione dei movimenti è migliorata e la barriera intestinale è stata preservata". Ulteriori analisi hanno anche rivelato che nel microbioma giovane sono stati trovati meno fattori pro-infiammatori. Nell'ospite, cioè nel topo, i segni tipici dell'infiammazione-invecchiamento sono diminuiti. L'inflamm-aging, un'infiammazione lieve e persistente nei tessuti, è considerato una caratteristica biologica del processo di invecchiamento e svolge un ruolo in diverse malattie.
Nuove prospettive per le terapie basate sui microbiomi
I risultati dello studio dimostrano che il microbioma svolge un ruolo chiave nei cambiamenti legati all'età dell'ospite. Inoltre, aprono nuove prospettive per gli interventi terapeutici. "Stiamo ora studiando come invertire in modo specifico i cambiamenti del microbioma legati all'età", spiega Kaleta. Gli studi iniziali condotti con alcuni integratori alimentari utilizzando semplici organismi modello dimostrano che è effettivamente possibile influenzare in modo specifico il microbioma. Questo rappresenta un passo importante verso lo sviluppo di terapie basate sul microbioma contro l'invecchiamento.
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Pubblicazione originale
Lena Best, Thomas Dost, Daniela Esser, Stefano Flor, Andy Mercado Gamarra, Madlen Haase, A. Samer Kadibalban, Georgios Marinos, ... Felix Sommer, Otto W. Witte, Philippe Schmitt-Kopplin, John F. Baines, Christiane Frahm, Christoph Kaleta; "Metabolic modelling reveals the aging-associated decline of host–microbiome metabolic interactions in mice"; Nature Microbiology, Volume 10, 2025-3-26
Felix Sommer, Joana P. Bernardes, Lena Best, Nina Sommer, Jacob Hamm, Berith Messner, Víctor A. López-Agudelo, Antonella Fazio, Georgios Marinos, A. Samer Kadibalban, Go Ito, Maren Falk-Paulsen, Christoph Kaleta, Philip Rosenstiel; "Life-long microbiome rejuvenation improves intestinal barrier function and inflammaging in mice"; Microbiome, Volume 13, 2025-4-2
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