Come i batteri intestinali convertono gli alimenti in energia

I batteri intestinali devono generare energia in ambienti con poco ossigeno, spesso utilizzando molecole introdotte con la dieta come fonti energetiche alternative. Di recente, un gruppo di ricercatori, guidati da Zhe Zhou della Yale University, ha utilizzato campioni fecali umani e batteri coltivati ​​in laboratorio per studiare come i microbi intestinali metabolizzano l’ergotioneina, scoprendo che i batteri intestinali cooperano per convertire l’antiossidante alimentare ergotioneina in un composto che consente la produzione di energia. In particolare, i ricercatori hanno analizzato il meccanismo con cui i batteri intestinali metabolizzano l’ergotioneina, scoprendo che alcuni batteri collaborano per scomporla attraverso un processo chiamato “metabolic cross-feeding”. Inoltre, hanno osservato che una specie batterica, Clostridium symbiosum, trasforma l’ergotioneina in un composto chiamato acido tiourocanico, che un’altra specie, Bacteroides xylanisolvens, utilizza per produrre energia in ambienti a basso contenuto di ossigeno. Infine, essi hanno dimostrato che l’acido tiourocanico può essere ulteriormente metabolizzato dal microbiota intestinale umano.

Sebbene l’ergotioneina sia nota per i suoi benefici per la salute e venga assorbita sia dalle cellule umane sia dai microbi, il meccanismo con cui questa molecola viene metabolizzata varia da individuo a individuo. Sicché i risultati rivelano un meccanismo finora sconosciuto con cui i microbi intestinali riutilizzano le molecole alimentari per produrre energia. Questo processo potrebbe influire sull’equilibrio microbico e favorire lo sviluppo di nuove strategie in grado di influenzare la salute intestinale. I risultati sono stati pubblicati su Cell Host & Microbe.

In dettaglio, il team ha scoperto che un batterio intestinale comune, Clostridium symbiosum, può scomporre l’ergotioneina utilizzando uno speciale enzima chiamato ergotionasi. Questo processo produce due molecole: la trimetilammina, che può influire sulla salute umana, e il tiourocanato, che sembra svolgere un ruolo nella produzione di energia da parte dei batteri.

Ulteriori analisi hanno dimostrato che nei topi i batteri intestinali provenienti da diverse fonti metabolizzano con meccanismi diversi l’ergotioneina. Questo risultato suggerisce che le differenze individuali nella composizione del microbiota intestinale possono influenzare il modo in cui l’ergotioneina e altri componenti alimentari vengono elaborati nell’organismo.

I ricercatori hanno inoltre osservato che C. symbiosum converte l’ergotioneina in tiourocanato e lo rilascia nell’ambiente dove un altro batterio intestinale, Bacteroides xylanisolvens, lo assorbe e lo trasforma in un nuovo composto. Questa conversione aumenta la produzione di energia e stimola la crescita di B. xylanisolvens in condizioni di carenza di ossigeno come quelle dell’intestino.

Il team ha scoperto che questo processo, chiamato cross-feeding, si verifica sia in colture isolate di C. symbiosum e B. xylanisolvens, sia in co-colture dei due batteri, suggerendo un’interazione microbica coordinata. Il cross-feeding non solo aiuta i batteri a proliferare, ma influenza anche il modo in cui l’ergotioneina viene elaborata nell’intestino.

I risultati suggeriscono dunque che il cross-feeding offre ad alcuni microbi un vantaggio di sopravvivenza nell’intestino e può influenzare la salute dell’ospite. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per comprendere appieno quali siano gli enzimi coinvolti e il destino del tiourocanato e dei suoi sottoprodotti nell’organismo e come questo processo possa causare malattie.

Zhou Z, Jiang A, Jiang X, Hatzios SK. Metabolic cross-feeding of a dietary antioxidant enhances anaerobic energy metabolism by human gut bacteria. Cell Host Microbe. 2025 Aug 13;33(8):1321-1332.e9. doi: 10.1016/j.chom.2025.07.008. Epub 2025 Aug 4. PMID: 40763732.