Caratterizzazione delle interazioni del colesterolo alimentare con il microbioma intestinale murino e umano

Nature Microbiology volume 7, pagine 1390–1403 (2022)Citare questo articolo

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Il consumo di lipidi alimentari, come il colesterolo, modula il microbioma intestinale con conseguenze sulla salute dell’ospite attraverso la produzione di metaboliti derivati ​​dal microbioma. Nonostante le implicazioni per il metabolismo dell’ospite, è stato caratterizzato un numero limitato di interazioni specifiche del microbioma intestinale con i lipidi derivati ​​dalla dieta. Ciò è in parte dovuto al fatto che ottenere una risoluzione a livello di specie dei taxa responsabili può essere difficile e sono necessari ulteriori approcci per identificare i metaboliti rilevanti per la salute prodotti dalle interazioni colesterolo-microbioma. Qui abbiamo eseguito la spettrometria di sequenza di ordinamento con etichettatura bio-ortogonale, un flusso di lavoro basato sulla chimica dei clic, per profilare le interazioni ospite-microbo specifiche del colesterolo. I topi sono stati esposti a una variante alchino-funzionalizzata del colesterolo e il sequenziamento dell'amplicone del gene dell'RNA ribosomiale 16S di campioni fecali ha identificato microbi che interagiscono con il colesterolo derivati ​​dalla dieta e appartenenti ai generi Bacteroides, Bifidobacterium, Enterococcus e Parabacteroides. L'analisi metagenomica shotgun ha fornito la risoluzione a livello di specie dei microbi che interagiscono con il colesterolo derivati ​​dalla dieta con arricchimento di attività simili agli acidi biliari e sulfotransferasi. Utilizzando la metabolomica non mirata, identifichiamo che il colesterolo viene convertito in colesterolo solfato in modo specifico per Bacteroides tramite l'enzima BT_0416. I topi monocolonizzati con Bacteroides thetaiotaomicron privi di Bt_0416 hanno mostrato colesterolo ospite alterato e colesterolo solfato rispetto ai topi wild-type, identificando una trasformazione del colesterolo nel microbioma precedentemente non caratterizzata e un meccanismo per i contributi dipendenti dal microbioma al fenotipo dell’ospite. Inoltre, l’identificazione di una sulfotransferasi sensibile al colesterolo nei Bacteroides suggerisce meccanismi dipendenti dalla dieta per alterare il metabolismo del colesterolo specifico del microbioma. Nel complesso, il nostro lavoro identifica numerosi microbi che interagiscono con il colesterolo con implicazioni per una regolazione più precisa e consapevole del microbioma dell’omeostasi del colesterolo dell’ospite.

La dieta è un fattore determinante che determina la funzione del microbioma intestinale con importanti conseguenze per il benessere dell’ospite1,2,3. L’assunzione di grassi con la dieta può dettare la struttura della comunità del microbioma4,5,6, ma non è ben compreso il modo in cui le diverse classi di grassi e lipidi interagiscono con membri specifici del microbioma intestinale per provocare cambiamenti nella salute dell’ospite. Una migliore comprensione di come i diversi lipidi interagiscono con il microbioma consentirà un uso più efficace della dieta nel tentativo di modulare con precisione la funzione del microbioma intestinale. Un lipide alimentare la cui elaborazione microbica ha grandi conseguenze per la salute metabolica dell’ospite è il colesterolo, un lipide animale essenziale per una varietà di processi biologici, tra cui la dinamica delle membrane, il traffico di lipidi e la segnalazione molecolare7,8. Il colesterolo viene acquisito tramite la dieta o attraverso la biosintesi de novo da parte del fegato8. Il sistema digestivo secerne il colesterolo, insieme ad altri costituenti della bile, nell'intestino tenue durante la digestione9. Gli squilibri nell'omeostasi del colesterolo, come l'ipercolesterolemia, sono stati collegati allo sviluppo di lesioni aterosclerotiche e malattie cardiovascolari10,11.

I fattori determinanti del colesterolo circolante, in particolare il colesterolo lipoproteico a bassa densità, includono fattori genetici e dietetici12,13,14. È stato anche dimostrato che il microbioma intestinale ha un ruolo nella biologia del colesterolo associato all’ospite, compresi quelli che modulano il colesterolo lipoproteico a bassa densità15,16. Ad esempio, lavori precedenti hanno stabilito che il microbioma intestinale umano può anche metabolizzare il colesterolo, dove Kenny et al. caratterizzare la conversione del colesterolo in coprostanolo da parte dei microbi intestinali17. L’aumento dell’abbondanza di coprostanolo nelle feci dei soggetti umani è stato collegato a profili lipidici sani, suggerendo che il microbioma, attraverso il colesterolo, svolge un ruolo nella regolazione dei processi dell’ospite. Un'analisi completa ha identificato i geni batterici responsabili della biosintesi del coprostanolo; tuttavia, l’identità di ulteriori geni batterici e di specie batteriche intestinali responsabili dell’interazione con il colesterolo derivato dalla dieta rimane sfuggente. Inoltre, sebbene fino ad oggi siano state descritte alcune trasformazioni degli acidi biliari dipendenti dai microbi intestinali, a nostra conoscenza, la transizione colesterolo-coprostanolo sembra essere l’unica trasformazione del colesterolo identificata per i microbi intestinali18,19,20.