Calcio: L’Ingrediente Segreto che Fa ‘Incollare’ Alcuni Lattobacilli?
Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo microscopico del nostro intestino, un universo brulicante di vita dove batteri, nutrienti e salute si intrecciano in modi sorprendenti. Parleremo di batteri “buoni”, i famosi probiotici, e di un elemento che tutti conosciamo bene, il calcio. Ma attenzione, non parleremo solo di ossa forti! Scopriremo insieme come il calcio possa giocare un ruolo inaspettato e cruciale per alcuni dei nostri piccoli coinquilini intestinali.
I Protagonisti: Lattobacilli e Calcio
Nel nostro intestino vivono trilioni di microrganismi, la cosiddetta microbiota intestinale. Tra questi, la famiglia delle Lactobacillaceae è una delle più note e studiate. Sono batteri lattici, spesso considerati benefici per la nostra salute e comunemente usati come probiotici. Pensate a specie come Lactobacillus acidophilus e Lactiplantibacillus plantarum (sì, i nomi sono un po’ complicati, ma sono tra i “vip” del mondo probiotico!).
Questi batteri, come tutti gli esseri viventi, hanno bisogno di nutrienti per crescere e prosperare. E qui entra in gioco il nostro protagonista minerale: il calcio (Ca2+). Sappiamo che il calcio è fondamentale per noi, ma che ruolo gioca per questi batteri? Studi recenti, sia su animali che sull’uomo, hanno iniziato a suggerire che il calcio nella dieta può influenzare positivamente la diversità del microbiota e l’abbondanza proprio dei lattobacilli. Ma come? Quali sono i meccanismi molecolari dietro questa connessione? È proprio quello che abbiamo cercato di capire.
L’Esperimento: Crescita e “Appiccicosità” sotto la Lente
Ci siamo concentrati su due specie specifiche, molto comuni nel nostro intestino: Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 e Lactiplantibacillus plantarum ATCC 14917. Volevamo vedere come diverse concentrazioni di calcio influenzassero due aspetti chiave della loro vita:
- La crescita: quanto velocemente si moltiplicano e quanto diventano numerosi.
- La formazione di biofilm: la loro capacità di aggregarsi e formare comunità strutturate, un po’ come delle “città” batteriche, che aderiscono alle superfici. Questa capacità è spesso legata alla loro abilità di colonizzare l’intestino.
Abbiamo coltivato questi batteri in terreni di coltura specifici, alcuni ricchi (MRS), altri minimali (CDM), e alcuni contenenti mucina (mCDM), una componente del muco intestinale a cui i batteri possono aderire. Abbiamo poi aggiunto diverse quantità di cloruro di calcio (CaCl2), da zero fino a 25 mM, un intervallo che riflette le concentrazioni che si possono trovare nell’intestino.
Risultati Sorprendenti: Il Calcio Aiuta, Ma in Modi Diversi
I risultati sono stati davvero interessanti e, per certi versi, inaspettati!
Sulla crescita: In generale, aggiungere calcio ha dato una spinta alla crescita di entrambe le specie. I batteri crescevano più velocemente (riduzione del tempo di lag) e raggiungevano popolazioni più dense (maggiore OD massima). L’effetto era più marcato a concentrazioni più basse di calcio per L. acidophilus rispetto a L. plantarum. Sembra quindi che il calcio sia un nutriente benefico per la loro moltiplicazione.
Ma la vera sorpresa è arrivata con il biofilm! Qui le due specie hanno mostrato comportamenti radicalmente diversi.
- Per Lactobacillus acidophilus ATCC 4356: l’aggiunta di calcio ha fortemente indotto la formazione di biofilm, specialmente dopo 48 ore e a concentrazioni più alte (da 5 a 25 mM). Più calcio c’era, più questi batteri tendevano ad aggregarsi e a formare una patina densa.
- Per Lactiplantibacillus plantarum ATCC 14917: l’effetto era molto più blando o addirittura opposto. Solo basse concentrazioni di calcio (5-10 mM) sembravano promuovere un po’ il biofilm a 24 ore, ma a 48 ore e a concentrazioni alte (25 mM), la formazione di biofilm era addirittura ridotta, nonostante i batteri crescessero bene in forma planctonica (libera).
Questo ci ha fatto subito pensare: perché questa enorme differenza? Cosa rende L. acidophilus così “sensibile” al calcio quando si tratta di formare comunità?
Indizi dal Mondo Esterno: Il Ruolo del Calcio Extracellulare
Per capirci di più, abbiamo usato un “trucco”: un chelante del calcio chiamato EGTA. L’EGTA è una molecola che “acchiappa” gli ioni calcio presenti all’esterno delle cellule, rendendoli indisponibili. L’idea era: se il calcio agisce dall’esterno per promuovere il biofilm, togliendolo dall’ambiente extracellulare dovremmo vedere un cambiamento.
E così è stato! Aggiungendo EGTA, l’effetto pro-biofilm del calcio su L. acidophilus ATCC 4356 è svanito! Anche in presenza di alte concentrazioni di calcio (10 e 25 mM), se c’era abbastanza EGTA a legarlo all’esterno, il biofilm non aumentava più come prima. Curiosamente, la crescita planctonica di L. acidophilus riusciva comunque a riprendersi, suggerendo che questo batterio ha sistemi efficienti per catturare il calcio di cui ha bisogno per crescere, anche quando è “nascosto” dall’EGTA, ma che il calcio *esterno* è cruciale per l’aggregazione.
Su L. plantarum ATCC 14917, invece, l’EGTA ha avuto un impatto minore sul biofilm, confermando che il meccanismo calcio-dipendente visto in L. acidophilus non è attivo in questa specie.
Abbiamo anche osservato i batteri al microscopio. Ed ecco un altro indizio: con l’aggiunta di calcio, le cellule di L. acidophilus cambiavano forma! Passavano da un aspetto più filamentoso a bastoncelli più corti e tozzi (bacilloidi). Questo cambiamento morfologico, indotto dal calcio, potrebbe influenzare il modo in cui le cellule interagiscono tra loro per formare il biofilm. Per L. plantarum, invece, nessuna modifica evidente della forma.
Alla Ricerca dei Responsabili: Le Proteine di Superficie
Se il calcio agisce dall’esterno, probabilmente interagisce con qualcosa sulla superficie dei batteri. E cosa c’è sulla superficie? Proteine! Abbiamo quindi iniziato a indagare sulle proteine di superficie di queste due specie, cercando differenze che potessero spiegare il diverso comportamento.
Una differenza chiave è la presenza delle cosiddette proteine S-layer in L. acidophilus, che sono assenti in L. plantarum. Le S-layer formano uno strato cristallino esterno alla parete cellulare, una sorta di “armatura” proteica. È noto che in altri batteri le S-layer possono legare ioni come il calcio e influenzare l’adesione e la formazione di biofilm.
Usando analisi bioinformatiche e modelli predittivi (come AlphaFold 3), abbiamo esaminato le strutture delle proteine S-layer di L. acidophilus (chiamate SlpA e SlpX). I risultati suggeriscono che potrebbero esserci siti di legame per il calcio su queste proteine, in particolare su SlpX e forse su una parte di SlpA. Anche se i legami previsti sembrano relativamente deboli (affinità stimata nell’ordine dei micromolari, che è tipica per interazioni extracellulari), potrebbero essere sufficienti a stabilizzare la struttura della S-layer o a mediare le interazioni tra cellule quando il calcio è abbondante.
Inoltre, abbiamo identificato un’altra proteina di superficie potenzialmente interessante in L. acidophilus (chiamata Q5FIM8), che non ha equivalenti stretti in L. plantarum e per la quale i modelli predicono con alta confidenza siti di legame per il calcio. Questa proteina contiene domini (chiamati Rib) che in altri batteri sono coinvolti nell’adesione.
Quindi, l’ipotesi che sta emergendo è che L. acidophilus ATCC 4356 possieda proteine di superficie specifiche (S-layer e/o Q5FIM8) capaci di interagire con il calcio extracellulare. Questo legame potrebbe facilitare l’aggregazione cellula-cellula e promuovere la formazione massiccia di biofilm che abbiamo osservato. L. plantarum, non avendo queste specifiche proteine o meccanismi, non risponde allo stesso modo.
Abbiamo anche verificato se altri ioni simili, come il magnesio (Mg2+), avessero lo stesso effetto. La risposta è stata no. Il magnesio non ha stimolato la formazione di biofilm in L. acidophilus, rafforzando l’idea che l’effetto osservato sia specifico per il calcio.
Cosa Significa Tutto Questo per Noi e per i Nostri Batteri Intestinali?
Questa scoperta è affascinante perché svela un doppio ruolo per il calcio nei confronti dei lattobacilli:
- È un nutriente che supporta la loro crescita (ruolo intracellulare).
- Per alcune specie come L. acidophilus, agisce come un segnale extracellulare che promuove l’aggregazione e la formazione di biofilm.
La capacità di formare biofilm è considerata importante per la persistenza dei batteri nell’ambiente competitivo dell’intestino. Quindi, il calcio nella nostra dieta potrebbe non solo nutrire questi batteri “buoni”, ma anche aiutarli attivamente a “mettere radici” e colonizzare il nostro intestino, favorendo la loro permanenza e i loro effetti benefici.
Questo lavoro apre nuove prospettive per capire come la dieta, e in particolare l’apporto di minerali come il calcio, possa modulare la composizione e la funzione del nostro microbiota intestinale. Potrebbe anche avere implicazioni per l’efficacia dei probiotici: forse l’assunzione di calcio potrebbe potenziare l’azione di alcuni ceppi probiotici specifici?
Naturalmente, siamo solo all’inizio. Serviranno ulteriori studi per confermare sperimentalmente il legame tra calcio e proteine S-layer (o altre proteine) e per capire esattamente come questo influenzi la colonizzazione in vivo. Ma è incredibile pensare a come un semplice ione come il calcio possa orchestrare comportamenti così complessi nel mondo invisibile dei microbi che ospitiamo! Il nostro intestino è davvero un ecosistema dinamico e pieno di sorprese.
Fonte: Springer
