Analisi multi-omiche relative alla composizione e alla funzionalità del microbiota intestinale dei mammiferi

Il tratto gastrointestinale dei mammiferi è colonizzato da una complessa ed eterogenea comunità microbica comprendente batteri, virus, Archaea, funghi e protozoi, che raggiunge la massima densità nell’intestino, dove, nel complesso, i microorganismi costituiscono il cosiddetto microbiota intestinale. Nonostante l’ampia varietà di microorganismi che colonizzano l’intestino dei mammiferi, negli ultimi decenni la comunità scientifica ha rivolto particolare interesse allo studio della componente batterica del microbiota intestinale dal momento che non solo i batteri sono di gran lunga i membri più abbondanti dell’intestino dei mammiferi, ma sono anche coinvolti in un continuo dialogo con l’ospite, giocando così un ruolo fondamentale nell’influenzare lo stato di salute dell’ospite stesso. Tradizionalmente, la caratterizzazione di questo complesso ecosistema batterico prevede metodi coltura-dipendenti che, pur consentendo indagini biochimiche e fisiologiche, non consentono l’isolamento di tutte le specie batteriche che colonizzano l’intestino dei mammiferi, impedendo così di identificare tutti i microorganismi che costituiscono il microbiota intestinale. Tuttavia, il recente avvento di tecniche high-throughput di Next-Generation Sequencing ha permesso di aumentare cosiderevolmente le conoscenze riguardanti il microbiota intestinale consentendo di fare luce sulla composizione tassonomica e sulle attività funzionali svolte dal consorzio microbico intestinale, nonchè sulle dinamiche che regolano la miriade di interazioni microorganismo-microorganismo e microorganismo-ospite. Nello specifico, la combinazione di metodi coltura-dipendenti con tecniche di sequenziamento di nuova generazione ha evidenziato che milioni di anni di co-evoluzione della comunità batterica intestinale con l’ospite hanno contribuito all’instaurarsi di relazioni mutualistiche da cui ambo i soggetti traggono vantaggio. Il microbiota intestinale, infatti, svolge una serie di funzioni metaboliche e fisiologiche che influenzano fortemente la biologia dell’ospite. Tuttavia, nonostante il coinvolgimento del microbiota intestinale nel regolare lo stato di salute dell’ospite, la maggior parte delle richerche scientifiche è per lo più rivolta allo studio e caratterizzazione del microbiota intestinale dell’uomo, limitando così le conoscenze riguardanti l’ecosistema microbico intestinale al solo ambito umano. In questo contesto, lo scopo di questa tesi di Dottorato è quello di esplorare la composizione tassonomica e le attività funzionali svolte dalla comunità batterica intestinale di molteplici specie di mammifero attraverso l’applicazione di un approccio multi-omico comprendente sia tecniche di metagenomica (16S rRNA gene microbial profiling, bifidobacterial ITS microbial profiling e shotgun metagenomics) sia tecniche di metatranscrittomica. Nello specifico, l’obiettivo è quello di esplorare la composizione tassonomica del microbiota intestinale di diverse razze canine sia a livello di genere che di specie (bifidobatteri), nonchè di valutare come questa comunità batterica possa essere modulata da fattori quali dieta, età e influenza antropogenica. Inoltre, al fine di ampliare le conoscenze riguardanti la popolazione batterica intestinale dei due principali animali da compagnia per l’uomo, questa tesi descrive un confronto della composizione batterica intestinale di cani e gatti sia a livello di genere che di specie (bifidobatteri). In aggiunta, fornisce approfondimenti sul ruolo che l’intervento dell’uomo, a causa del processo di domesticazione, ha avuto nel modulare il microbiota intestinale di diverse diadi di mammiferi comprendenti mammiferi addomesticati e dalla loro controparte selvatica. Infine, un ulteriore obiettivo di questa tesi è quello di valutare l’impatto che la dieta e l’anatomia dell’apparato digerente dell’ospite possono avere su composizione, attività funzionali ed espressione genica della comunità batterica intestinale di un ampia gamma di specie di mammifero, compresi erbivori, carnivori, onnivori e piscivori.