Come i batteri intestinali trasformano il triptofano e producono indolo

Vie metaboliche dei batteri intestinali: guida alle mappe

Indolo e metabolismo del triptofano nell’intestino

L’indolo è una molecola che alcuni batteri intestinali producono a partire dal triptofano, un amminoacido essenziale introdotto con gli alimenti. Il metabolismo del triptofano da parte dei microbi genera indolo e altri composti; le cellule dell’organismo, invece, lo utilizzano soprattutto per produrre serotonina e metaboliti della via della chinurenina. Queste vie sono collegate, ma non sono intercambiabili.

I metaboliti microbici possono partecipare alla comunicazione tra batteri e ospite. I loro effetti dipendono dal composto, dalla quantità prodotta, dalla comunità microbica e dalle condizioni intestinali: la loro presenza, da sola, non indica uno stato di salute o una malattia.

Che cos’è l’indolo?

L’indolo è un composto organico formato da due anelli fusi, presente in natura e prodotto da alcuni microrganismi. Nell’intestino può derivare dalla degradazione batterica del triptofano. Non va confuso con l’indolina, una molecola correlata ma chimicamente distinta.

Il triptofano non può essere sintetizzato dall’organismo umano e deve quindi provenire dalla dieta. L’organismo può invece produrre internamente alcune sostanze a partire dal triptofano, tra cui la serotonina; anche i batteri intestinali possono trasformarlo, seguendo vie metaboliche proprie.

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Le principali vie del triptofano

Dopo l’assorbimento o il passaggio nell’intestino, il triptofano può essere utilizzato in modi diversi. Le cellule dell’ospite e i batteri intestinali hanno enzimi e funzioni differenti, perciò producono metaboliti diversi.

Via microbica dell’indolo

Alcuni batteri possiedono l’enzima triptofanasi, che scompone il triptofano producendo indolo, piruvato e ammoniaca. Altri microrganismi possono trasformarlo in derivati quali l’acido indol-3-acetico, l’acido indol-3-lattico, l’indolo-3-aldeide o l’acido indol-3-propionico. La capacità di produrre ciascun composto varia tra specie e ceppi.

Altre trasformazioni microbiche portano alla triptamina o allo scatolo. La triptamina è un’ammina biogena; lo scatolo, detto anche 3-metilindolo, è un composto distinto associato all’odore fecale, soprattutto a concentrazioni elevate.

Vie dell’organismo: serotonina e chinurenina

Nell’organismo, una parte del triptofano è convertita in serotonina, in particolare da cellule dell’intestino; un’altra parte segue la via della chinurenina, presente in diversi tessuti. La via della chinurenina è principalmente una via dell’ospite, non una via batterica equivalente a quella dell’indolo. I batteri possono comunque influenzare l’ambiente intestinale e la disponibilità dei substrati, interagendo indirettamente con il metabolismo dell’ospite.

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Batteri che producono indolo e comunicazione microbica

La produzione di indolo dipende dalla presenza di specifici enzimi, non dalla sola appartenenza a un gruppo batterico. Escherichia coli è un esempio noto di batterio spesso positivo al test dell’indolo: molti ceppi producono indolo grazie alla triptofanasi, ma il risultato può variare tra ceppi e specie. Per questo il test è una caratteristica microbiologica utile, non una misura generale della salute intestinale.

Indolo come molecola di segnalazione

L’indolo può fungere da segnale tra batteri e influenzare comportamenti microbici, come la motilità e la formazione di biofilm. Questi effetti dipendono dal contesto e dalla concentrazione. Il quorum sensing è una forma di comunicazione batterica basata su segnali chimici; l’indolo può modulare alcune risposte della comunità, ma non è l’unico segnale coinvolto.

Alcuni derivati dell’indolo possono interagire con recettori dell’ospite, tra cui il recettore degli idrocarburi arilici (AhR). Le conseguenze biologiche variano in base al metabolita e al contesto. Non è quindi corretto considerare tutti gli indoli equivalenti o attribuire loro un effetto salutare o dannoso in ogni circostanza.

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Possibili implicazioni per la salute

Gli indoli prodotti dai microbi sono studiati per il loro possibile coinvolgimento nella barriera intestinale, nella segnalazione immunitaria e nelle interazioni tra intestino e organismo. Per esempio, l’acido indol-3-propionico è un metabolita batterico oggetto di ricerca. Le associazioni osservate negli studi non dimostrano, da sole, che un composto prevenga o curi una malattia.

La quantità e il tipo di metaboliti presenti possono dipendere dalla dieta, dalla composizione del microbiota, dal transito intestinale e da altri fattori individuali. Un singolo metabolita o un test microbiologico non consente di diagnosticare una condizione né di prevedere da solo gli effetti sulla salute.

Triptofano nella dieta e benessere intestinale

Il triptofano si trova in alimenti proteici come uova, latticini, pesce, carne, legumi, frutta a guscio e semi. Una dieta varia e un apporto adeguato di fibre da verdura, frutta, legumi e cereali integrali contribuiscono a un’alimentazione complessivamente equilibrata. Non esiste però un alimento che garantisca una specifica produzione di indolo o un determinato risultato per il microbioma.

L’indolo può avere un odore intenso, spesso descritto come fecale a concentrazioni elevate; in quantità diverse l’odore può essere percepito in altro modo. L’indolo è una sostanza chimica, e la sua sicurezza dipende da dose e modalità di esposizione: la produzione naturale nell’intestino non equivale a un’esposizione concentrata. Evitare di dedurre la tossicità o un beneficio per la salute dalla sola presenza della molecola.

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Domande frequenti sull’indolo e sul triptofano

Escherichia coli è positivo all’indolo?

Molti ceppi di Escherichia coli producono indolo e risultano positivi al test, ma il risultato può dipendere dal ceppo. Il test aiuta a identificare i microrganismi in laboratorio e non indica, da solo, se un microbiota sia sano.

Indolo e indolina sono la stessa cosa?

No. Sono composti chimici correlati, ma distinti per struttura e proprietà. Il termine indolo non è un altro nome per l’indolina.

A cosa serve l’indolo nei batteri?

In alcuni batteri l’indolo agisce da molecola di segnalazione e può influenzare comportamenti della comunità microbica. Le sue funzioni variano a seconda dei microrganismi e delle condizioni ambientali.

Che cos’è lo scatolo?

Lo scatolo, o 3-metilindolo, è un metabolita distinto prodotto anche durante la degradazione microbica del triptofano. È associato all’odore fecale a concentrazioni elevate e non va confuso con l’indolo.

In sintesi

Il triptofano alimentare può seguire vie metaboliche dell’ospite o dei batteri intestinali. Alcuni batteri lo trasformano in indolo e altri derivati, che partecipano a interazioni microbiche e con l’ospite ancora oggetto di studio. Comprendere queste vie aiuta a descrivere il microbioma, ma non permette di trarre conclusioni cliniche basandosi su un singolo batterio o metabolita.

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