LPJBC5: Il Probiotico dal Genoma Sorprendente – Un Viaggio nel Cuore di un Micro-Alleato

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo microscopico, alla scoperta di un batterio che potrebbe rivelarsi un vero e proprio campione di benessere: il Lactiplantibacillus plantarum JBC5, che per comodità chiameremo LPJBC5. Non fatevi spaventare dal nome complicato! Parliamo di un probiotico, uno di quei microrganismi “buoni” che tanto fanno parlare di sé per i loro effetti benefici sulla nostra salute, specialmente quella intestinale.

Molti di voi conosceranno già i probiotici, magari li assumete tramite yogurt, latti fermentati o integratori. Ebbene, il Lactiplantibacillus plantarum è una vera superstar in questo campo, tanto da essere riconosciuto come sicuro (ha lo status GRAS negli USA e QPS in Europa) e ampiamente utilizzato nell’industria alimentare per creare i cosiddetti “alimenti funzionali”. Pensate che il mercato globale dei probiotici valeva oltre 48 miliardi di dollari nel 2019 e continua a crescere! Questo perché siamo sempre più consapevoli dell’importanza di un intestino sano per il benessere generale, e i probiotici sembrano giocare un ruolo chiave, aiutando in condizioni come diabete, obesità, sindrome dell’intestino irritabile e persino supportando il sistema immunitario.

Un Tesoro Nascosto nel Latte Fermentato Indiano

La storia del nostro protagonista, LPJBC5, inizia in un luogo speciale: la regione nord-orientale dell’India, in Assam. Qui, alcune comunità locali preparano tradizionalmente il “curd” (un tipo di latte fermentato) lasciando fermentare spontaneamente il latte crudo. Proprio da questo ambiente unico, ricco di biodiversità microbica ancora poco esplorata, è stato isolato il nostro LPJBC5. In studi precedenti, avevamo già notato il suo potenziale, ma volevamo andare più a fondo, capire cosa lo rendesse speciale a livello genetico. E così, abbiamo deciso di fare qualcosa di incredibile: sequenziare il suo intero genoma!

Immaginate di avere la mappa completa, il libretto di istruzioni dettagliato di questo minuscolo organismo. È quello che abbiamo ottenuto: un genoma di 3,23 milioni di basi (Mb), contenente ben 3016 geni! Un patrimonio genetico notevole per un batterio lattico, che ci suggerisce già la sua versatilità e capacità di adattamento. Ma la vera avventura è stata esplorare questa mappa, gene per gene.

I Superpoteri Nascosti nel DNA di LPJBC5

Analizzando il genoma, abbiamo scoperto un arsenale di geni che conferiscono a LPJBC5 delle capacità davvero notevoli, veri e propri “superpoteri” probiotici:

• Metabolismo da Campione: Abbiamo trovato tantissimi geni per gli enzimi CAZymes (Carbohydrate-Active enZymes). Cosa significa? Che LPJBC5 è un mago nel metabolizzare diversi tipi di carboidrati complessi, zuccheri che trova negli alimenti fermentati o nel nostro intestino. Questa abilità non solo gli permette di nutrirsi e prosperare, ma può anche influenzare positivamente l’ambiente intestinale. Abbiamo identificato ben 198 geni CAZyme, organizzati in cluster specializzati per degradare amido, glicogeno, cellulosa e altri zuccheri complessi.
• Produttore di “Scudi” e “Gelatine”: LPJBC5 possiede i geni per sintetizzare esopolisaccaridi (EPS). Queste sono molecole zuccherine complesse che il batterio produce all’esterno della sua cellula. Gli EPS possono agire come uno scudo protettivo, ma sono anche importantissimi nell’industria alimentare perché contribuiscono alla texture e alla cremosità di prodotti come lo yogurt. Inoltre, alcuni studi suggeriscono che gli EPS batterici possano avere effetti benefici sulla salute, come abbassare il colesterolo o avere proprietà antinfiammatorie.
• Maestro dell’Adesione: Per essere un buon probiotico, non basta sopravvivere al viaggio nell’intestino, bisogna anche riuscire ad “attaccarsi” alle pareti intestinali per colonizzarle. E LPJBC5 sembra saperlo fare! Abbiamo identificato geni specifici per l’adesione, come quelli che codificano per proteine che legano la mucina (MucBP – la sostanza che riveste le nostre mucose), la fibronectina (una proteina della matrice extracellulare) e altre proteine “adesive” (come mapA, enolasi, proteine LPXTG). È come se avesse dei piccoli “ganci” per non farsi spazzare via!

Resistenza e Difesa: Un Batterio Pronto a Tutto

La vita nel nostro tratto gastrointestinale non è facile: acidità dello stomaco, sali biliari, stress ossidativo… Ma LPJBC5 sembra ben equipaggiato per affrontare queste sfide:

• Tolleranza allo Stress: Il suo genoma contiene geni per rispondere a vari tipi di stress: shock termico (caldo e freddo, con proteine come Clp e heat shock proteins), stress osmotico (grazie a sistemi di trasporto come opuABCD, utile quando l’ambiente è troppo salato o zuccherino) e, importantissimo, stress ossidativo.
• Scudo Antiossidante: Possiede geni chiave per neutralizzare i radicali liberi (ROS e RNS), molecole dannose prodotte dal nostro stesso metabolismo. Tra questi, troviamo geni per la catalasi, la superossido dismutasi, il sistema del tioredossina (trxA, trxB) e del glutatione. È come avere una squadra interna dedicata a spegnere gli “incendi” molecolari!
• Interazione Immunitaria: Abbiamo trovato geni (come dltB, dltD) che potrebbero permettere a LPJBC5 di “dialogare” con il nostro sistema immunitario, magari modulando la risposta infiammatoria. Studi precedenti su mutanti di Lp. plantarum senza questi geni hanno mostrato una maggiore produzione di citochine anti-infiammatorie (IL-10).
• Armi Antimicrobiche: Le Batteriocine: Una delle scoperte più eccitanti è stata l’identificazione di interi cluster di geni per la produzione di batteriocine, in particolare della famiglia delle Plantaricine (PlnK, PlnJ, PlnN, PlnA, PlnF, PlnE e geni accessori come plnC, plnD, plnO). Le batteriocine sono peptidi antimicrobici, delle vere e proprie “armi” che il batterio usa per combattere altri microrganismi potenzialmente dannosi o competitori. Questo non solo aiuta LPJBC5 a farsi spazio nell’intestino, ma apre anche prospettive interessantissime per il suo uso come bio-conservante naturale negli alimenti, per prevenire la crescita di batteri patogeni o che causano deterioramento.

Un Confronto tra Parenti: Il Pangenoma

Per capire ancora meglio cosa rende unico LPJBC5, lo abbiamo confrontato con altri 30 ceppi di Lactiplantibacillus plantarum i cui genomi sono disponibili pubblicamente, isolati principalmente da prodotti lattiero-caseari in diverse parti del mondo. Abbiamo fatto un’analisi di “pangenoma”. Immaginate il pangenoma come l’intera libreria genetica di una specie: contiene un “core genome” (i geni presenti in quasi tutti i ceppi, essenziali per la sopravvivenza) e un “accessory genome” (geni presenti solo in alcuni ceppi, che conferiscono abilità specifiche e contribuiscono alla diversità).

Abbiamo scoperto che LPJBC5 condivide 1844 geni “core” con gli altri, ma possiede anche 893 geni “accessori” e, soprattutto, 45 geni unici, non trovati negli altri ceppi analizzati! Questi geni unici potrebbero essere la chiave delle sue particolari capacità di adattamento all’ambiente da cui proviene o di alcune delle sue proprietà probiotiche più spiccate. È interessante notare che molti geni noti per essere associati a funzioni probiotiche (resistenza allo stress, adesione, metabolismo) si trovano proprio nel genoma “core” o “soft-core” (presente nella maggior parte dei ceppi), suggerendo che queste siano caratteristiche fondamentali per questa specie. Tuttavia, anche geni accessori unici di LPJBC5, come gadB (tolleranza all’acidità), glf_2 (biosintesi parete cellulare), dps (resistenza stress ossidativo) ed eno_1 (glicolisi e adesione), potrebbero contribuire al suo profilo specifico.

Una Sorpresa: Il Legame con la Longevità?

Analizzando le vie metaboliche predette dal genoma (usando il database KEGG), abbiamo trovato qualcosa di inaspettato: percorsi associati alla regolazione della longevità (simili a quelli studiati in organismi modello come il verme C. elegans). In particolare, abbiamo identificato geni come katE (catalasi), CAT (cloramfenicolo acetiltransferasi, ma con possibili ruoli antiossidanti) e srpA. Questo è intrigante perché, in uno studio precedente, avevamo osservato che LPJBC5 mostrava effetti anti-invecchiamento proprio su C. elegans! Inoltre, l’analisi filogenetica (l’albero genealogico basato sul genoma) ha mostrato che LPJBC5 è strettamente imparentato con altri ceppi di Lp. plantarum (come SKT109, isolato dal kefir) noti per avere effetti anti-invecchiamento sui topi. Coincidenze? Forse no. È un’area che merita sicuramente ulteriori indagini sperimentali.

Sicurezza Prima di Tutto

Ovviamente, quando si parla di probiotici da usare negli alimenti, la sicurezza è fondamentale. Abbiamo controllato il genoma di LPJBC5 usando strumenti bioinformatici specifici:

• Nessuna Patogenicità: Il tool PathogenFinder ha classificato LPJBC5 come non patogeno per l’uomo.
• Nessun Fattore di Virulenza Noto: Non abbiamo trovato geni noti per causare malattie (tossine, ecc.) cercandoli con VirulenceFinder.
• Nessun Plasmide Rilevato: I plasmidi sono piccoli pezzi di DNA mobile che spesso trasportano geni per la resistenza agli antibiotici o la virulenza; LPJBC5 non sembra averne.
• Resistenza agli Antibiotici (AMR): Abbiamo identificato alcuni geni potenzialmente associati alla resistenza agli antibiotici (es. contro glicopeptidi, tetracicline, e alcuni sistemi di efflusso come macB, bcrA). È importante sottolineare che la presenza di un gene non significa necessariamente che sia attivo o che la resistenza sia trasferibile ad altri batteri. Molti batteri possiedono resistenze intrinseche. Tuttavia, questo aspetto richiede sempre un’attenta valutazione sperimentale prima di qualsiasi applicazione alimentare, seguendo le linee guida nazionali e internazionali (come quelle ICMR/DBT in India o EFSA/FDA). Comunque, la specie Lp. plantarum è generalmente considerata sicura (GRAS/QPS).

LPJBC5: Un Candidato Promettente per il Futuro del Cibo

Tirando le somme, questo viaggio nel genoma di LPJBC5 ci ha rivelato un batterio straordinariamente equipaggiato. La sua capacità di metabolizzare zuccheri complessi, produrre EPS, aderire alle mucose, resistere agli stress, combattere altri microbi con le batteriocine e, forse, persino influenzare la longevità, lo rende un candidato eccezionale per diverse applicazioni nell’industria alimentare.

Potrebbe essere usato come:

• Starter culture per migliorare la fermentazione e le proprietà (texture, sapore) di prodotti come yogurt, formaggi, verdure fermentate.
• Ingrediente probiotico in alimenti funzionali mirati a migliorare la salute intestinale e generale.
• Fonte di batteriocine da usare come conservanti naturali per aumentare la sicurezza e la shelf-life degli alimenti.

Certo, l’analisi genomica è solo il primo passo. Ora la sfida è validare sperimentalmente tutte queste potenzialità: testare in vitro e in vivo la sua capacità di adesione, la produzione di EPS e batteriocine, la resistenza allo stress gastrointestinale, i suoi effetti immunomodulatori e antiossidanti, e confermare i promettenti indizi sulla longevità.

Ma una cosa è certa: l’esplorazione del genoma di LPJBC5 ci ha aperto una finestra su un mondo di possibilità. Questo piccolo batterio, isolato da una tradizione alimentare ancestrale in India, potrebbe davvero avere un grande futuro nel contribuire alla nostra salute attraverso il cibo. Continueremo a studiarlo, e spero di potervi raccontare presto nuovi sviluppi!

Fonte: Springer