Le contrazioni spontanee del tubo digerente svolgono un ruolo importante in quasi tutti gli animali, e garantire funzioni intestinali sane. Dai semplici invertebrati agli umani, ci sono modelli di movimento costantemente simili, attraverso le quali le contrazioni ritmiche dei muscoli facilitano il trasporto e la miscelazione del contenuto intestinale. Queste contrazioni, noto come peristalsi, sono essenziali per il processo digestivo. Con varie malattie dell'apparato digerente, come gravi malattie infiammatorie intestinali negli esseri umani, ci sono interruzioni della normale peristalsi. Ad oggi, pochissime ricerche hanno esplorato i fattori alla base del controllo di queste contrazioni. Ora, per la prima volta, un gruppo di ricerca del gruppo di lavoro di biologia cellulare e dello sviluppo (Bosch AG) presso l'Istituto zoologico dell'Università di Kiel (CAU) è riuscito a dimostrare che la colonizzazione batterica dell'intestino svolge un ruolo importante nel controllo delle funzioni peristaltiche.

Gli scienziati hanno pubblicato ieri i loro risultati, derivati ​​dall'esempio dei polipi d'acqua dolce Hydra, nell'ultimo numero di Rapporti scientifici .

I trigger per le normali contrazioni spontanee del tessuto muscolare sono le cosiddette cellule pacemaker del sistema nervoso. In un ritmo specifico e senza alcuna stimolazione esterna, emettono impulsi elettrici, che alla fine raggiungono i muscoli lisci della parete intestinale, e farli contrarre. Sebbene gli impulsi in quanto tali accadano da soli, la loro frequenza e intensità, però, sono soggetti a influenze esterne. "L'esempio del semplice polipo d'acqua dolce Hydra ci ha mostrato che la colonizzazione batterica dell'organismo può influenzare le contrazioni della sua cavità digestiva. Molto probabilmente lo fanno modulando i segnali del pacemaker sottostanti, " ha detto il professor Thomas Bosch, capo dello studio e portavoce del Centro di ricerca collaborativa (CRC) 1182 "Origine e funzione dei metaorganismi". A differenza di altri organismi più complessi, L'Hydra non ha intestino nel vero senso della parola. La loro semplice cavità corporea assume, tra le altre cose, la funzione di una distesa digestiva; il tessuto circostante presenta anche le tipiche contrazioni associate ad intestini più sviluppati.

Per scoprire come è regolata la peristalsi nei polipi d'acqua dolce, i ricercatori hanno confrontato l'Hydra normale che aveva una tipica colonizzazione batterica con quelle a cui era stato completamente rimosso il microbioma con un cocktail antibiotico. In confronto, questi organismi senza colonizzazione batterica, detti anche polipi privi di germi, hanno mostrato una riduzione delle contrazioni di circa la metà. Allo stesso tempo, il ritmo dei movimenti si interrompeva, e alcune delle pause tra le contrazioni erano molto più lunghe. Così, l'assenza del tipico microbioma in Hydra ha compromesso i movimenti peristaltici nella cavità corporea.

In un ulteriore passaggio, gli scienziati hanno ripristinato la colonizzazione batterica specifica negli organismi privi di germi. Inizialmente, hanno introdotto ciascuna delle cinque specie batteriche più comuni trovate nel microbioma di Hydra individualmente nei polipi sterili. Si è scoperto che questa colonizzazione batterica individuale non ha alcun effetto apprezzabile sulla frequenza e sui tempi delle contrazioni. Solo la reintroduzione congiunta dei cinque principali rappresentanti del microbioma ha portato ad un netto miglioramento della peristalsi, sebbene anche allora, lo schema delle contrazioni non era completamente normalizzato. interessante, un estratto prodotto dai batteri colonizzatori ha avuto un'influenza altrettanto positiva.

Da queste osservazioni il team di ricerca di Kiel ha concluso che solo il microbioma naturale dell'Hydra, caratterizzato da un equilibrio tra le specie batteriche presenti, può svolgere un importante ruolo di pacemaker nella peristalsi. Hanno scoperto che, in questo caso, alcune molecole secrete dai batteri possono intervenire nel meccanismo di controllo delle cellule pacemaker. Come tale, i segnali batterici possono avere un effetto decisivo sul pattern delle contrazioni peristaltiche spontanee. "Siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta che nel nostro semplice organismo modello, il microbioma ha una funzione indispensabile nella frequenza e nella tempistica delle contrazioni tissutali, " ha sottolineato Bosch.

Inoltre, l'esempio dell'organismo modello evolutivamente antico Hydra ci mostra che il controllo dei processi vitali degli organismi multicellulari da parte dei loro simbionti batterici ha avuto origine già molto presto nell'evoluzione della vita, continuò Bosch. Questi risultati innovativi sono particolarmente promettenti per la ricerca medica:"La spiegazione fondamentale della cooperazione tra organismo e microbioma nella regolazione della peristalsi ci aiuterà in futuro a comprendere l'emergere di gravi malattie, che derivano dal movimento interrotto dell'intestino, " ha riassunto Bosch.