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Pectine del limone come regolatrici del microbiota intestinale: spunti per la medicina personalizzata

La pectina è un insieme di polisaccaridi vegetali che non possono venire metabolizzati dalle cellule dei mammiferi nel tratto gastrointestinale, ma viene fermentata dal microbiota intestinale nel colon, dove vengono rilasciati gli acidi grassi a catena corta (SCFA). Precedenti studi hanno esaminato le proprietà prebiotiche della pectina. Tuttavia, i risultati sono stati incoerenti, molto probabilmente a causa delle differenze nella sua struttura chimica, che varia con il suo peso molecolare e il grado di esterificazione. Le pectine delle pareti cellulari delle piante sono composte da unità di acidi galatturonici (GalA). Contiene anche tre unità principali, vale a dire homogalatturonano (HOG), rhamnogalatturonano I (RAG-I) e rhamnogalatturonano II (RAG-II). Tipicamente, la struttura della pectina è molto variabile, differendo tra le piante e attraverso le fasi di maturazione. Le pectine sono state classificate in base a due parametri, ovvero il grado di esterificazione (DES) e il peso molecolare. Il DES è anche indicato come il grado di metossilazione (DEM), cioè la composizione percentuale di gruppi metilici attaccati alle unità zuccherine.

Un basso grado di pectina di esterificazione (LDE) si osserva in una molecola di pectina che contiene meno del 50% di DE, mentre quelle con DEM superiore al 50% rappresentano un alto grado di pectina esterificata (HDE). Questi parametri possono fare la differenza quando le pectine vengono degradate dal microbiota intestinale, una complessa popolazione batterica che svolge un ruolo vitale per la salute umana. Il microbioma intestinale protegge gli ospiti dalla colonizzazione patogena attraverso la competizione fisica, dei nutrienti ed immuno-mediata. Inoltre, sintetizza vitamine e produce metaboliti chiamati acidi grassi a catena corta (SCFA), che possono influenzare il sistema immunitario. Il microbiota intestinale può fermentare la pectina, per la presenza di specie batteriche che codificano enzimi che scompongono i polisaccaridi e producono enzimi carboidrati attivi. Questi enzimi consentono di utilizzare la pectina come fonte di carbonio che successivamente finisce nella produzione di SCFA.

I batteri chiave che degradano la pectina sono stati identificati come specie Bacteroides (ad es. Bacteroides thetaiotaomicron). Inoltre, le specie appartenenti alla famiglia delle Lachnospiraceae contengono anche enzimi che degradano la pectina, come idrolasi, liasi ed esterasi. Alcuni microbi associati alla fermentazione della pectina sono Faecalbacterium prausnitzii ed Eubacterium eligens. La pectina con peso molecolare inferiore ha un tasso di fermentazione più elevato e un’elevata resa di SCFA. Precedenti studi in vitro basati sulla pectina di agrumi e sulla pectina di barbabietola da zucchero, hanno indicato che il DES è il parametro più cruciale per la modifica della pectina del microbiota intestinale. Questi studi hanno indicato che il peso molecolare e il DES della pectina influenzano la sua fermentescibilità da parte del microbiota intestinale e influenzano il suo potenziale prebiotico. Pertanto, è imperativo chiarire in che modo questi componenti della pectina influenzano la composizione del microbiota.

Un nuovo studio della rivista Foods ha valutato come peso molecolare e DES influenzano la funzione prebiotica della pectina di limone sul microbiota intestinale. Un disegno sperimentale in vitro ha eliminato con successo le molteplici interazioni che si verificano tra le cellule dei mammiferi e il microbiota intestinale nei modelli animali in vivo. Per lo studio in vitro, due pectine di limone di diverso peso molecolare e DES sono state testate contro il microbiota intestinale di due donatori. Gli autori hanno scoperto che sia la pectina ad alto DES (LMW-HDE) che la pectina a basso DES (HMW-LDE) potrebbero alterare la struttura della comunità del microbiota intestinale. È stato osservato che entrambe le pectine di limone hanno migliorato i livelli totali di diversi tipi di SCFA. La pectina LMW-HDE ha aumentato i livelli di acido acetico e butanoico, mentre la pectina HMW-LDE ha aumentato solo l’acido acetico.Il risultato di questo studio è in linea con studi precedenti che riportavano livelli elevati di Lachnospiraceae dopo il trattamento con pectina.

Per la pectina LMW-HDE sono stati rilevati cambiamenti nei livelli batterici di Paraprevotella, Acidaminococcus, Psuedoramibacter, Alistipes e Fusobacterium. I risultati sperimentali del presente studio hanno rivelato come la pectina con varie strutture chimiche alteri il microbiota intestinale in modo divergente. Le informazioni dettagliate su come le caratteristiche fisico-chimiche delle pectine influiscono sulla loro interazione col microbiota intestinale, potrebbero aiutare positivamente a sviluppare i prebiotici mirati per condizioni mediche specifiche o far evitare alcuni alimenti a pazienti affetti dallo spettro della malattia infiammatoria intestinale (Crohn e rettocolite ulcerosa). Ad esempio, come riportato sopra, specie che fermentano la pectina sono Faecalbacterium prausnitzii ed Eubacterium eligens, che sono generalmente molto carenti (soprattutto il primo) nella malattia di Crohn. Potrebbe essere, quindi, un razionale evitare l’assunzione di vegetali ricchi di pectine per i pazienti con forme severe di questa condizione, vista la loro potenziale incapacità a degradarle.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

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Pubblicazioni scientifiche

Mahalak KK, Firrman J et al. Int J Mol Sci. 2022; 23(21):12973.

Firrman J et al. FEMS Microbiol Ecol. 2022 May; 98(5):fiac038.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci

Medico Chirurgo, Specialista; PhD. a CoFood s.r.l.
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento enzimaticamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (Leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di articoli su informazione medica e salute sul sito www.medicomunicare.it (Medical/health information on website) - Autore di corsi ECM FAD pubblicizzati sul sito www.salutesicilia.it
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