Nutritional Immunology: A Multi-Dimensional Approach
Fleur Ponton1*, Kenneth Wilson2, Sheena C. Cotter3, David Raubenheimer4, Stephen J. Simpson 1
1 School of Biological Sciences, The University of Sydney, Sydney, New South Wales, Australia, 2 Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, United
Kingdom, 3 School of Biological Sciences, Queen’s University, Belfast, United Kingdom, 4 Institute of Natural Sciences, Massey University, Auckland, New Zealand
La nutrizione è critica per l’espressione delle difese immunitarie e la resistenza ai patogeni con conseguenze che pesano su salute, benessere e successo riproduttivo degli individui. Negli esseri umani ,una nutrizione carente di proteine è causa di morbidità ( intensità dell’impatto di una malattia sulla popolazione. ) e mortalità ( quante,delle persone di un certo "insieme" scelto per la casistica,va incontro a morte. ) in conseguenza di malattie infettive , particolarmente nei paesi in via di sviluppo [1]. Per contro, la sovra nutrizione e i disordini metabolici ad essa associati possono compromettere la funzionalità delle difese immunitarie , distruggere la relazione col microbiota simbionte e commensale e aumentare la suscettibilità alle malattie infettive [6]. Una volta compresa la indubitabile importanza della nutrizione per l’espressione delle difese immunitarie , la sfida diviene il catturare la complessità di questa relazione . Vi sono tre principali aspetti di questa complessità : (i) la nutrizione è un complesso problema multi-dimensionale per ospite , patogeni e commensali; (ii) l’immunità dell’ospite è un complesso multi-dimensionale; e (iii) nutrizione e immunità interagiscono attraverso direttrici dirette e indirette , incluso il coinvolgimento del microbiota dell’ospite .
Molti studi considerano il cibo come qualcosa di uniforme e “ manipolano “ la quantità disponibile senza considerare la composizione nutrizionale oppure basandosi sulla valutazione quantitativa delle esigenze dell’animale [7,8]). Altri studi si focalizzano invece su un singolo attributo dietetico (tipicamente il contenuto calorico) oppure sulle componenti nutrizionali (es, la quantità di proteine o nitrogeno nella dieta), manipolando sperimentalmente questo elemento e mantenendo altre componenti dietetiche ad un livello costante, così confondendo cambiamenti della sostanza nutriente/attributo con i cambiamenti nella proporzione di nutrienti nella dieta .
Per meglio comprendere gli aspetti multi dimensionali della nutrizione è stato elaborato un metodo denominato The Geometric Framework (GF)[12–14], in grado di elaborare predizioni quantitative che possano essere statisticamente testate . Il sistema GF identifica l’”ottimo “ nutrizionale in relazione a: media delle risposte immunitarie associate , performance dell’ospite , risposte della comunità microbica dell’ospite in relazione al tasso di crescita dei patogeni con particolari stati nutrizionali.
L’ importanza di considerare simultaneamente ed in maniera interattiva gli effetti di nutrienti multipli studiando le funzioni immunitarie è stata dimostrata da numerosi studi su insetti e roditori [15–18]. Per esempio in diverse situazioni è stato osservato che l’insetto infetto sceglie una dieta più ricca di proteine indicando con ciò una forma nutrizionale di automedicazione [15–17].
Gli insetti ospiti non sono i soli organismi che affrontano le complessità della nutrizione. I parassiti e gli agenti patogeni contano sull’ospite per la “ fornitura” delle risorse e possono anche non condividere con gli ospiti gli stessi requisiti nutrizionali[18–20] ( risultando poco adattati ndt ). La complessità delle interazioni nutrizionali tra ospiti e patogeni è ingigantita dal fatto che gli animali rivestono il ruolo dell’ospite non solo per il patogeno invasore , ma anche per l’intera comunità di microorganismi simbionti e commensali che ricevono la nutrizione dall’ospite e in cambio contribuiscono alla trasformazione dei nutrienti e svolgono un ruolo in quel che è l’insieme delle difese immunitarie [21–24]. Il microbiota intestinale ha mostrato di avere un profondo effetto su difese immunitarie e risposte infiammatorie [23,25–27], essendo dimostrato che nei mammiferi la sua alterazione risulta implicata in patologie come obesità, diabete di tipo 1 e vari tipi di cancro [21,23,28]. La dieta ha un forte effetto sul microbiota dello stomaco [29–32], sia per il fatto che serve come vettore di microorganismi sia perchè influisce sulle proprietà fisiche, chimiche e strutturali dello stomaco [33–37].
Il sistema immunitario è costituito da componenti multiple le quali reagiscono in maniera differente ai nutrienti
I loci immunitari costituiscono la parte più “ densa “ del genoma dei vertebrati [38]), e anche negli insetti, che mancano di un sistema immunitario adattativo e possono avvalersi solamente di un sistema immunitario innato ,vi sono parecchie componenti della risposta immunitaria , ognuna preposta a rispondere a particolare tipo di insidia [39]. E’ stato recentemente scoperto ,utilizzando il metodo GF, che le componenti immunitarie rispondono in maniera differente a seconda dello stato nutrizionale dell’ospite con la possibilità che la dieta non possa ottimizzare simultaneamente tutte le componenti del sistema immunitario . Questo porta alla intrigante ipotesi che l’animale possa aggiustare la sua ricerca alimentare in modo da supportare la componente immunitaria più adatta a fronteggiare una determinata infezione e forse a supportare una sana comunità microbica.
Considerando la menzionata complessità , diviene chiaro che la comprensione della immunologia nutrizionale deve tenere conto di una ragnatela di interazione fra le varie componenti. Questo include le qualità nutrizionali della dieta , il comportamento di nutrizione dell’ospite , lo stato nutrizionale dell’ospite , la crescita della popolazione di patogeni , la comunità microbica associata , misure multiple delle funzioni immunitarie dell’ospite e da ultimo,considerazioni evoluzionarie relative a fitness dell’ospite e dei microbi e processi di selezione. Esplorando questa rete di interazioni, il primo passo è definire l’effetto della nutrizione sulla rete . Considerando la complessa natura dell’immunologia nutrizionale si capisce che la descrizione della rete di interazioni che definisce le relazioni tra nutrizione, funzioni immunitarie , infezioni e microbiota è essenziale per raggiungere una più completa e robusta comprensione dei fattori chiave dell’interazione fra ospite e patogeni.
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