L’esposizione ai metalli pesanti provoca cambiamenti associati alla salute metabolica del microbioma intestinale e dei metaboliti

Punti salienti

  • L’esposizione ad Arsenico (As) e Cadmio (Cd) causa cambiamenti significativi nel microbioma e nel metaboloma.
  • Molti generi batterici associati a Diabete di Tipo 2 cambiano significativamente con entrambe le esposizioni.
  • I metalli pesanti inducono cambiamenti significativi nella frazione di acido biliare del metaboloma.
  • Numerosi generi metabolicamente importanti sono diminuiti nei numeri di interazioni del metabolita.

Background

L’esposizione all’arsenico e al cadmio è comune. Studi epidemiologici e su animali hanno suggerito che l’esposizione a questi due metalli pesanti può causare problemi di salute metabolica, incluso il diabete di tipo 2 (T2DM). È stato ipotizzato che T2DM potesse essere mediato attraverso il microbioma intestinale e i metaboliti che esso produce. Sebbene molti studi abbiano studiato l’associazione tra il microbioma intestinale e il T2DM, pochi si sono concentrati sulla connessione con arsenico e cadmio.

Risultati

Abbiamo applicato il sequenziamento dell’amplicone del gene 16S rRNA e la metabolomica LC-MS/MS non mirata per esaminare i cambiamenti nel profilo del microbioma intestinale e del metabolita dei topi esposti a livelli rilevanti di cadmio e arsenico nell’acqua potabile nell’arco di due settimane. L’esposizione al cloruro di cadmio (Cd) ha modificato in modo significativo il microbioma intestinale dei topi e ha comportato una diversità microbica significativamente inferiore, mentre l’arsenito di sodio (As) ha causato una riduzione non significativa della diversità microbica. Per il trattamento di Cd e As  abbiamo identificato, rispettivamente,  5 e 2 phyla con cambiamenti significativi e 42 e 24 generi. Generi batterici che sono stati osservati in declino in entrambi i trattamenti includevano diversi produttori di butirrato. Sia il trattamento con As che Cd hanno perturbato significativamente il metaboloma, con un’esposizione a 50 ppm  di composti di Cd  che ha maggiore effetto rispetto a un’esposizione a 50 ppm di composti di As. Due funzioni non identificate erano differentemente abbondanti nel gruppo As, mentre 33 funzionalità sono cambiate nel gruppo Cd. L’analisi dell’abbondanza differenziale di tutti i componenti molecolari associati all’acido biliare ha mostrato differenze in entrambi i trattamenti. Infine, l’analisi della rete integrativa tramite reti di correlazione bipartite ha suggerito che diversi generi, tra cui Blautia, Eisenbergiella, Clostridium_XlVa metabolicamente importanti, sono diminuiti in numero di interazioni metaboliche.

Conclusioni

Abbiamo condotto uno studio esplorativo sull’alimentazione nei topi per studiare l’impatto dei metalli pesanti principalmente sui batteri fecali gram-negativi arricchiti dalla vancomicina e dal suo metaboloma per convalidare l’ipotesi generata dall’epidemiologia e dagli studi sulle colture cellulari secondo cui i metalli pesanti possono influire sulla salute metabolica dell’ospite. I metalli pesanti hanno infatti un impatto sia sul microbioma che sul metaboloma, senza influenzare sostanzialmente i fenotipi dei topi. L’esposizione al cadmio ha modificato in modo significativo il microbioma intestinale dei topi e ha comportato una diversità microbica significativamente più bassa nell’intestino. L’esposizione all’arsenico ha comportato una minore diversità microbica, sebbene non significativa. Usando tecnologie non mirate per l’osservazione del microbioma e dei metaboliti, abbiamo osservato diversi microbi metabolicamente correlati alla salute differentemente abbondante nei gruppi di trattamento As e Cd. Quando si esaminano i metaboliti, si può notare un impatto del trattamento sia con Cd che con As sia sugli aminoacidi che gli acidi biliari. Ulteriori studi devono chiarire in che modo questi risultati si relazionano con il metabolismo sierico e come incidono sulla salute umana. Infine, abbiamo studiato le interazioni tra il metabolita del microbiota in base al presupposto che l’impatto sulla salute del microbioma sia mediato dai suoi metaboliti. Abbiamo dimostrato cambiamenti sostanziali per i generi che sono stati precedentemente implicati negli esiti della malattia in particolare a causa dei loro metaboliti. Sono necessarie ulteriori ricerche per chiarire l’esatta natura di questi metaboliti e il loro impatto.

Questi risultati hanno dimostrato che l’esposizione ad Arsenico e Cadmio causa cambiamenti significativi nel microbioma intestinale e nel metaboloma, influenzando gli acidi biliari, gli aminoacidi e i taxa associati alla salute metabolica.

 

Link all’articolo originale:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412018323183?fbclid=IwAR28VPIZwRcj74r3n6cJtr2FD9UNIb23vgoOluopClcnNzw-WcIqewveep0

 

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