Un microbioma intestinale sano può aiutare a prevenire il ritardo della crescita infantile?

9 settembre 2025

Un microbioma intestinale sano può aiutare a prevenire il ritardo della crescita infantile?

I ricercatori del Salk Institute hanno scoperto che il ricambio del microbioma intestinale nei bambini è collegato a scarsi risultati di crescita, indicando la necessità di una diagnosi basata sul microbioma per la malnutrizione

9 settembre 2025

LA JOLLA — La malnutrizione è responsabile di oltre la metà dei decessi infantili sotto i cinque anni in tutto il mondo. Chi sopravvive può comunque subire conseguenze permanenti, come ritardi cognitivi e dello sviluppo, rendimento scolastico ridotto, instabilità economica e conseguenze negative sulla salute materna. Questo enorme problema di salute pubblica richiede soluzioni. Gli studi più recenti indicano il microbioma intestinale, ovvero i diversi batteri, virus e altri microbi che vivono nel nostro intestino, come un ottimo punto di partenza.

I ricercatori del Salk Institute hanno cercato collegamenti tra denutrizione (una forma di malnutrizione), salute del microbioma e crescita infantile in un gruppo di bambini del Malawi, una nazione africana con un'incidenza particolarmente elevata di ritardo della crescita infantile (35%). Hanno raccolto campioni fecali da otto bambini nel corso di quasi un anno per identificare i modelli microbici associati alla crescita infantile. Lo studio ha scoperto che i bambini i cui genomi microbici intestinali cambiavano maggiormente nel tempo tendevano ad avere una crescita più scarsa, suggerendo che la stabilità del microbioma potrebbe essere un importante segno di buona salute intestinale.

I ricercatori hanno anche utilizzato questo nuovo set di dati per creare il primo catalogo in assoluto del genoma microbico della malnutrizione pediatrica. La risorsa contiene i profili genetici completi di 986 microbi – collettivamente chiamati "pangenoma" – presenti nei campioni fecali. Questa sarà una risorsa fondamentale per la salute pubblica per prevedere, prevenire e curare la malnutrizione. Il team ha anche definito un nuovo flusso di lavoro per creare questo catalogo, che consente ai ricercatori di risparmiare tempo e denaro, preservando al contempo l'accuratezza dei dati. Il loro metodo potrebbe essere utilizzato per costruire risorse genomiche per altre condizioni di salute, monitorare i microbiomi ambientali e agricoli, tracciare la biodiversità e consentire la ricerca metagenomica in località remote.

I risultati, ottenuti in collaborazione con i colleghi della Washington University School of Medicine di St. Louis e dell'Università della California di San Diego, sono stati pubblicati in Cella a settembre 9, 2025.

"Nonostante un decennio di ricerca che collega il microbioma alla malnutrizione, i fattori genetici e biologici sono rimasti un mistero a causa della mancanza di risoluzione sui microbi nell'intestino", afferma l'autore senior co-corrispondente Todd Michael, professore di ricerca presso il Salk. "Utilizzando approcci all'avanguardia di sequenziamento del genoma e pangenomica in un disegno longitudinale, siamo stati in grado per la prima volta di individuare specifici cambiamenti microbici legati a una crescita scarsa, aprendo la strada a nuove diagnosi o terapie che potrebbero aiutare ad affrontare una crisi che colpisce oltre 150 milioni di bambini in tutto il mondo."

Cosa sappiamo sul legame tra malnutrizione e microbioma

Uno dei primi studi a tracciare un nesso causale tra l' microbioma, dieta e malnutrizione grave è stato pubblicato nel 2013. I ricercatori hanno trapiantato il microbiota di bambini gravemente malnutriti in topi, li hanno nutriti con diete simili a quelle del Malawi e hanno osservato che i topi perdevano peso come le loro controparti umane. Questo risultato ha tracciato una linea diretta tra la salute del microbioma e la malnutrizione. Uno degli autori di quell'articolo, Mark Manary, professore di pediatria presso la WashU Medicine, è coautore corrispondente del nuovo studio Salk.

In questo ultimo studio, i ricercatori del Salk si sono concentrati sulla denutrizione, un tipo di malnutrizione che deriva da uno scarso assorbimento di nutrienti dovuto all'incapacità di elaborarli efficacemente o a una dieta carente di nutrienti. Un parametro ampiamente utilizzato per la denutrizione è il punteggio lunghezza-età (LAZ), che misura l'altezza dei bambini rispetto alle aspettative della popolazione per età e sesso.

Un LAZ basso indica una crescita insufficiente per l'età del bambino, e un LAZ costantemente basso o in peggioramento nel tempo è spesso associato a infiammazione intestinale cronica o disfunzione intestinale ambientale. Gli scienziati hanno scoperto che l'infiammazione intestinale cronica può derivare da microbi disfunzionali che compromettono la capacità dell'organismo di elaborare e assorbire i nutrienti.

Tra le prove che la salute del microbioma e la malnutrizione hanno un impatto diretto l'una sull'altra e la ricerca che indica i microbi disfunzionali come una delle cause del peggioramento della denutrizione, il team di Salk aveva due nuovi obiettivi: 1) creare una biblioteca completa che tenesse conto della vasta varietà di microbiota intestinale presente nei bambini con LAZ in peggioramento e miglioramento e 2) valutare se il contenuto genetico dei batteri sia predittivo o associato alla denutrizione.

Creazione di una nuova libreria del microbioma

I genetisti ricompongono i genomi utilizzando due tipi di tecnologie, chiamate sequenziamento "short-read" e "long-read". Il sequenziamento short-read scompone il DNA in molti piccoli frammenti lunghi da 50 a 300 coppie di basi, mentre il sequenziamento long-read scompone il DNA in frammenti più piccoli e più grandi, lunghi da 5,000 a 4,000,000 di coppie di basi. Una volta scomposto, il genoma può essere ricomposto come un puzzle. Un puzzle long-read, come si può immaginare, è molto più facile da ricomporre, come completare un puzzle da 10 pezzi piuttosto che uno da 1,000 pezzi.

Un microbioma intestinale può contenere centinaia di specie o ceppi, come una singola scatola di puzzle con molti puzzle più piccoli al suo interno. Utilizzare il sequenziamento a lettura lunga significa aprire quella scatola e trovare 200 puzzle da 10 pezzi, anziché 200 da 1,000 pezzi. Il team del Salk ha assemblato puzzle a lettura lunga dai campioni fecali di otto bambini piccoli, in uno spettro di punteggi LAZ in miglioramento e peggioramento.

"Campionamento e misurazione longitudinali, effettuati cinque volte nell'arco di 11 mesi, hanno consentito una valutazione unica dei cambiamenti nel microbioma e nella crescita, sia intra- che inter-bambino, nel corso del tempo", ha affermato Kevin Stephenson, coautore senior e professore associato presso la WashU Medicine. "Questi dati possono offrire spunti altrimenti oscuri nelle semplici analisi trasversali".

Grazie al sequenziamento a lettura lunga, il team ha raccolto genomi del microbiota 50 volte più completi di quanto sarebbe stato possibile con il sequenziamento a lettura breve.

"Questo non sarebbe stato possibile con la tecnologia a lettura breve", afferma il primo autore Jeremiah Minich, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Michael. "Abbiamo trovato il flusso di lavoro a lettura lunga più efficiente, accurato ed economico, lo abbiamo applicato per analizzare campioni umani da 10 a 20 volte più numerosi di quanto chiunque altro avesse mai analizzato prima, e ne siamo usciti con una risorsa genomica di fondamentale importanza per la denutrizione".

La risorsa genomica finale contiene 986 genomi microbici completi, decine dei quali completamente nuovi. Una volta creata questa libreria completa, il passo successivo è stato individuare modelli di microbiota specifici per la denutrizione.

Cosa ha scoperto il team

I ricercatori hanno utilizzato nuovi strumenti di confronto del pangenoma, parzialmente sviluppati nel laboratorio di Michael, per analizzare rapidamente la loro nuova libreria di 986 microbioti. Sorprendentemente, all'interno di un dato genere (un passaggio di classificazione sopra la specie), hanno trovato differenze genetiche nei genomi batterici tra bambini con crescita in miglioramento e in peggioramento in quattro generi (Bifidobacterium, Megasphaera, Faecalibacterium, e Prevotella).

Ma ancora più interessante di questi batteri specifici è stata l'osservazione sulla diversità del genoma batterico nel tempo.

"La nostra analisi ha dimostrato che i bambini con crescita in miglioramento avevano pangenomi microbici stabili all'interno della specie, mentre quelli con crescita rallentata avevano pangenomi microbici instabili", afferma Manary. "Potrebbe quindi essere possibile valutare la salute intestinale e raccogliere dati cruciali sulla salute pubblica misurando la diversità genetica del microbioma intestinale".

Quale futuro per la ricerca sul microbioma della malnutrizione?

Lo studio raggiunge quattro incredibili traguardi nell'ambito della tecnologia di laboratorio e della salute pubblica. In primo luogo, il team ha raccolto campioni clinici umani da 10 a 20 volte più numerosi rispetto a qualsiasi altro studio precedente in questo campo. In secondo luogo, ha assemblato la prima libreria microbica longitudinale per la malnutrizione pediatrica, contenente 986 genomi completi del microbiota. In terzo luogo, ha identificato batteri e geni specifici tra le specie legate alla malnutrizione e ha scoperto che l'instabilità del genoma microbico nel tempo era associata a una scarsa crescita infantile. Infine, ha ottimizzato un flusso di lavoro di sequenziamento a lettura lunga che ora può essere applicato a tutte le discipline scientifiche.

"Applicati in laboratori molecolari remoti e sul campo, gli approcci di sequenziamento del genoma e pangenomica 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", afferma Michael. "Si tratta di un potente progresso tecnologico che amplia la portata della genomica e stabilisce un nuovo standard per la ricerca scientifica in questo campo".

Altri autori includono Nicholas Allsing, Nolan Hartwick, Allen Mamerto e Tiffany Duong di Salk; M. Omar Din, Caitriona Brennan, Lauren Hansen e Rob Knight dell'UC San Diego; Michael Tisza e Daniel McDonald del Baylor College of Medicine; Kenneth Maleta della Kamuzu University of Health Sciences in Malawi; Justin Shaffer della California State University; ed Emilly Murray di Salk e Scripps Institution of Oceanography.

Il lavoro è stato sostenuto dalla NOMIS Foundation, dal Tang Genomics Fund, dalla National Science Foundation e dall'Agenzia statunitense per lo sviluppo internazionale.

DOI: 10.1016 / j.cell.2025.08.020