Le nanoparticelle negli alimenti possono alterare il comportamento dei batteri intestinali
Una nuova ricerca sulle nanoparticelle negli alimenti ha prodotto nuove intuizioni sul loro impatto sui batteri intestinali.
I ricercatori del Centro medico universitario di Mainz in Germania e colleghi di altri centri in Germania, Austria e Stati Uniti hanno scoperto che le particelle ultra-minuscole possono legarsi ai batteri intestinali.
In un documento di studio sul loro lavoro - che ora appare sulla rivista npj Science of Food - gli autori spiegano come l'attaccamento alle nanoparticelle possa alterare il ciclo di vita dei batteri intestinali e le loro interazioni con il corpo del loro ospite.
I risultati dovrebbero essere utili sia alla medicina che all'industria alimentare. Potrebbero, ad esempio, portare alla ricerca sull'uso delle nanoparticelle nei probiotici.
Un esempio di ciò è l'osservazione degli scienziati che le nanoparticelle sintetiche possono prevenire l'infezione Helicobacter pylori.
H. pylori è un batterio che cresce nel rivestimento dello stomaco umano. È di grande interesse per molti scienziati a causa della sua complessa relazione con il cancro.
"Prima dei nostri studi", afferma l'autore senior dello studio Roland H. Stauber, professore presso il Dipartimento di Otorinolaringoiatria, Chirurgia della testa e del collo presso il Centro medico dell'Università di Mainz, "nessuno guardava davvero se e come i nano-additivi influenzassero direttamente la flora gastrointestinale . "
L'uso delle nanoparticelle sta crescendo rapidamente
La nanotecnologia manipola i materiali su scala nanometrica, che è all'incirca alla stessa scala di quella degli atomi e delle molecole. Un nanometro è 1 miliardesimo di metro, il che significa che ce ne sono 25.400.000 in 1 pollice.
Nel loro background di studio, il Prof. Stauber e colleghi descrivono come l'uso delle nanoparticelle stia aumentando rapidamente in molti campi. Questi vanno dalla medicina e l'agricoltura alla produzione di prodotti per la cura personale e alla lavorazione degli alimenti.
L'industria alimentare, ad esempio, utilizza nanoparticelle sintetiche per schiarire e colorare gli alimenti, fornire sostanze nutritive e prevenire le infezioni.
Tutti questi possono entrare nell'intestino umano "come parte di cibi e bevande nanotecnologici", riferiscono gli autori dello studio.
Le nanoparticelle sono interessanti non solo perché sono molto piccole, ma anche perché i materiali che le compongono hanno proprietà uniche su scala nanometrica.
Rispetto alle particelle più grandi derivate dagli stessi materiali, le nanoparticelle hanno una superficie molto più ampia rispetto alle loro dimensioni, hanno un "maggiore movimento browniano" e sono in grado di attraversare le barriere biologiche. Queste barriere includono lo strato di muco che riveste i tessuti come l'intestino.
Per questi motivi, è probabile che il loro destino nell'intestino umano differisca notevolmente da quello delle controparti su larga scala derivate dagli stessi materiali.
Secondo gli autori dello studio, "è quindi importante garantire che tutti gli ingredienti alimentari nano-abilitati siano sicuri per l'applicazione negli alimenti".
L'intestino umano e il suo microbioma
L'intestino umano, o tratto gastrointestinale, digerisce circa 60 tonnellate di cibo durante la vita media. Nel corso dei millenni, l'intestino umano e le enormi colonie di microbi che lo occupano hanno sviluppato una relazione complessa e reciprocamente vantaggiosa.
Con l'evoluzione della partnership, i microbi intestinali hanno assunto un ruolo chiave nella salute e nelle malattie umane.
I microrganismi intestinali comprendono principalmente batteri; includono anche funghi, virus e organismi unicellulari chiamati protozoi.
Gli scienziati usano il termine microbioma intestinale per riferirsi alla somma di tutti i genomi dei trilioni di microrganismi nell'intestino.
I 3 milioni di geni nel microbioma intestinale superano di gran lunga i 23.000 nel genoma umano. Producono anche migliaia di piccole molecole che svolgono molte funzioni nell'ospite umano.
In questo modo, i batteri intestinali aiutano a digerire il cibo, raccogliere energia, controllare l'immunità e proteggere dagli agenti patogeni.
Tuttavia, gli squilibri nel microbioma intestinale possono disturbare queste funzioni cruciali per innescare la malattia o non riuscire a proteggersi da essa.
Gli studi hanno collegato lo squilibrio nel microbioma a malattie cardiovascolari, allergie, cancro, obesità e condizioni psichiatriche.
Tutte le nanoparticelle si legano ai batteri intestinali
Il Prof. Stauber ei suoi colleghi hanno messo a punto esperimenti in cui potevano esaminare gli effetti di un'ampia gamma di nanoparticelle sintetiche.
Questi esperimenti hanno simulato i viaggi che le diverse particelle potrebbero compiere mentre viaggiano attraverso le diverse parti dell'intestino e incontrano vari batteri.
Il risultato principale è stato che tutti gli "additivi alimentari nanometrici attualmente utilizzati o potenziali futuri" hanno mostrato capacità di legarsi ai batteri nell'intestino.
Le nanoparticelle si legano a tutti i tipi di batteri, comprese le specie "probiotiche" che possono riprodursi nei prodotti lattiero-caseari come lo yogurt.
Sebbene tutte le nanoparticelle sintetiche che hanno testato si attaccassero ai batteri, i ricercatori hanno notato differenze nelle loro proprietà di legame.
Quando sono legati alle nanoparticelle, i batteri hanno alterato il loro comportamento in alcuni modi che potrebbero rivelarsi utili e in altri modi no.
Un potenziale risultato che potrebbe essere di beneficio è l'inibizione delle infezioni, ad esempio da H. pylori. Il team ha fatto questa scoperta durante la sperimentazione con nanoparticelle di silice in colture cellulari.
Tuttavia, una prospettiva potenzialmente inquietante emersa in altri esperimenti era che il legame alle nanoparticelle potrebbe rendere alcuni batteri ostili meno visibili per il sistema immunitario. Un tale risultato potrebbe aumentare le risposte infiammatorie, ad esempio.
Un punto importante sottolineato dagli autori è che il cibo contiene anche nanoparticelle presenti in natura, alcune delle quali possono entrare nel cibo durante la preparazione.
Il team ha anche condotto esperimenti su nanoparticelle naturali ed è stato sorpreso di trovare risultati simili agli esperimenti con nanoparticelle sintetiche.
"Era sconcertante che siamo stati in grado di isolare anche nanoparticelle presenti in natura dal cibo, come la birra, che ha mostrato effetti simili".
Prof. Roland H. Stauber
