Innovative Probiotic Lactic Yeast for the pharmaceutical, nutritional and agricultural industries

EXPERTISE: Il maiale come modello adatto alla sperimentazione applicata del sistema digerente umano.(doc.depositato presso il Ministero della Salute)

La fisiologia e la morfologia dei maiali sono molto simili a quelle umane. L’utilizzo di questa specie come modello-animale si è ormai consolidato nei più importanti campi di ricerca.


Dott.ssa Paola Lovrovich

 

 

 

 

Il maiale come modello adatto alla sperimentazione applicata del sistema digerente umano.

 

Ricerca bibliografica.

 

 

 

Tema

 
E’ stata condotta una prima ricerca bibliografica sulle possibili utilizzazioni degli animali monogastrici, in particolare dei maiali, come modelli adatti alla simulazione degli effetti dell’alimentazione in campo umano.
 
 
 
Riassunto
 
La fisiologia e la morfologia dei maiali sono molto simili a quelle umane. L’utilizzo di questa specie come modello-animale si è ormai consolidato nei più importanti campi di ricerca fra cui, oltre a quello alimentare, si possono elencare :cardiovascolare, dell’obesità, dello stress, dermatologia, tossicologia, immunologia, comportamento, emodinamica, fisiologia renale, chirurgia sperimentale, gastroenteriti, diabete ed altri.
 
Anche la US Food and Drug Administration riconosce le potenzialità di questo modello utilizzandolo ad esempio per verificare l’efficacia di alcune soluzioni alimentari ad uso terapeutico umano
 
La ricerca internazionale sta infatti sviluppando da anni progetti di ricerca attorno a questo modello animale.
 
Anche lo studio statistico dell’anno 2007 dell’Home Office (Statistic of Scientiic Procedures on Living Animal) pone l’utilizzo del maiale tra le specie più utilizzate negli studi di medicina umana applicata.
Analizzati circa 50 studi inerenti l’utilizzo di tale modello, in questa prima fase, sono stati scelti ed approfonditi i più rappresentativi nel campo nutrizionale.
 
Si osserva innanzitutto come lo sviluppo che caratterizza il maiale dalle fasi giovanili a quelle adulte sono proporzionalmente comparabili allo sviluppo umano. Infatti se il maiale raggiunge la maturità nello spazio del 4,4% dell’intera vita, l’uomo la raggiunge nel 4,6%.
Le descrizioni morfologiche dimostrano l’elevata similitudine esistente tra l’organismo umano e quello del maiale. Non di meno le numerose sperimentazioni che analizzano le diverse fasi del meccanismo di digestione, ci permettono di comparare le reazioni fisiologiche delle due specie.
 
La quantità di lavori, studi ed expertise ritrovati in questa prima ricerca bibliografia dimostrano con sufficiente certezza la fondatezza dell’applicazione del maiale come modello-animale nell’analisi delle dinamiche e della fisiologia umana.
 
 
 
Metodica di studio.
 
La ricerca si è basata su sperimentazioni e studi pubblicati su stampa scientifica con riconosciuta valenza internazionale.
A tale scopo gli articoli citati sono di facile consultazione sui più rilevanti motori di ricerca scientifici ( PubMed, Elsevier, annualreviews.org, Cab., Ismej., etc.).
Tale materiale è stato poi ampliato e analizzato con testi di analisi statistica e di descrizione zoo-morfologica ottenuti grazie ad abbonamento a siti fornitori. 
Di notevole importanza è stato il contributo dato dalle valutazioni fatte presso reparti di
gastroenterologia e medicina interna degli ospedali di Udine, Feltre e Arzignano.
 
Introduzione
 
La fisiologia e la morfologia dei maiali sono molto simili a quelle umane. Questa specie infatti, viene usata abitualmente come modello per l’applicazione di ricerche di fisiologia in campo cardiovascolare, dell’obesità, dello stress, dermatologia, tossicologia, immunologia, comportamento, emodinamica, fisiologia renale, chirurgia sperimentale, gastroenteriti, diabete e molti altri aspetti sanitari.
 
Lo scopo di questa prima ricerca bibliografica è quello di avere una panoramica più ampia dei lavori condotti in questa direzione con particolare riferimento al campo nutrizionale.
 
 
 
 
Confronto fisiologico e morfologico:
 
Fra i mammiferi superiori, il modello animale tra i più utilizzati ai fini della sperimentazione è il suino. Il maiale è un animale che geneticamente è vicino alla specie umana. Anche il tipo di alimentazione (onnivora), l’anatomia e la fisiologia dell’apparato digerente sono simili a quelli umani. E’ pertanto ipotizzabile che i risultati delle sperimentazioni alimentari condotte sui suini siano traslabili alla specie umana (Dott. M.Zilli, Dott. E.Bottona, Dott. G.Parisi, expertise “Valutazione del lievito lattico”, 2008)
 
Si è notato che il campo d’azione in cui il maiale è particolarmente utilizzato è quello della ricerca caridiovascolare. Tale scelta è dovuta sia alla vicinanza genetica con la specie umana (molto più vicino di quanto sia il topo) oltre al fatto che il suo sistema cardiovascolare è più maneggevole e simile a quello umano.
I suini sono anche gli organismi di elezione per lo studio e l’applicazione degli xenotrapianti (trapianto di cellule, tessuti o organi tra specie animali differenti) : pur essendo il corredo genetico umano più simile a quello dei primati, grazie alla millenaria conoscenza allevatoriale può essere cresciuto in maniera più agevole e conveniente.
 
Sebbene questa specie possieda una fase di sviluppo decisamente più veloce di quella umana, gli studi dimostrano che la crescita di entrambe si sviluppa in ugual modo. Infatti se il maiale raggiunge la maturità nello spazio del 4,4% dell’intera vita, l’uomo la raggiunge nel 4,6%.
Ulteriori prove vengono dall’analisi chimica dei tessuti grassi Tab 1 (acqua, proteine e ceneri) al medesimo stadio di sviluppo che differiscono di pochissimo e dall’analisi ematologica che ne verifica la corrispondenza ( E.R. Miller and D.E.Ullrey; 1987 ).


 
Tab.1: Crescita e sviluppo chimico del uomo e del maiale
( E.R. Miller and D.E.Ullrey; 1987 ).
dossier 20.7 pig model tab1.jpg 
 
Per tali motivi i giovani maiali si sono rivelati un ottimo modello anche nella ricerca dello sviluppo infantile.
Lo sviluppo è così simile che si riflette persino nell’attività enzimatica. I ricercatori del Children’s Nutrition Research Centre ( Huston, Texas) hanno monitorato l’attività delle prime sei settimane di vita dei maiali nani. Questi ricercatori hanno dimostrato che l’attività di tutti gli enzimi analizzati a livello dell’ileo e del duodeno ( lactase, sucrase, maltase, glucomylase, acid-beta-galactosidase activities) sono in tutto simili a quelli trovati nei bambini ( R.J.Shulman, S.J.Henning and B.L.Nichols; 1988).
 
 
Come sopra indicato l’applicazione del maiale come modello per la ricerca nei più svariati campi di applicazione ha conosciuto negli anni un’enorme sviluppo. L’utilizzo dei suinetti è diventata dunque prassi consolidata in questo campo in quanto il loro apparato digestivo ha una stretta affinità con quello umano. 
I nutrienti di cui il maiale necessita, sono molto più simili a quelli umani di quelli che occorrono alla maggior parte dei mammiferi (esclusi i primati). Questo è dovuto alle notevoli somiglianze fisiologiche e anatomiche del tratto digerente dell’uomo e del maiale (monogastrici). Proprio queste somiglianze costituiscono le caratteristiche fondamentali per l’utilizzo di questi animali per le ricerche in campo nutrizionale.
Le misure e le capacità del tratto digerente del maiale, dalla nascita alla maturità, sono presentati in Tab 2 ( E.R. Miller and D.E.Ullrey; 1987 )..


 
Tab. 2: Le misure e le capacità del tratto digerente del maiale, dalla nascita alla maturità

( E.R. Miller and D.E.Ullrey; 1987 ).

dossier 20.7 pig model tab2.jpg

 
Alcune ricerche hanno messo a confronto le necessità nutrizionali dell’uomo e del maiale e risulta sorprendente quanto queste si somiglino in tutte le diverse fasi di crescita. In particolare questo appare evidente quando si analizza la necessità di amminoacidi ( panthotenic, biotin, cholin) e per alcuni elementi inorganici (E.R. Miller and D.E.Ullrey; 1987 ).
 
Le somiglianze dell’ambiente intestinale sono tali che hanno permesso l’impianto della flora batterica umana di alcuni individui in altrettanti animali. La ricerca diretta sulla flora intestinale dell’uomo, causa problemi di etica e metodiche invasive, diviene di difficile applicazione. Il trapianto di tale flora in un ospite facilita notevolmente la sperimentazione ecologica, del metabolismo e delle reazioni immunologiche. Molti tentativi erano già stati fatti con scarso successo sui roditori. Infatti l’enorme differenza del tratto digerente non permetteva un confronto significativo. Invece il trapianto su maiali appena nati ha dato i risultati sperati. L’analisi molecolare del DNA ha permesso di verificare che il trasferimento della flora batterica dall’uomo al maiale crea una copia identica della flora del donatore con variazioni individuali minime (nei diversi animali) ( P.Xiaoyang at all; 2007).
 
La colonizzazione dell’intestino da parte di batteri commensali sembra influenzare lo sviluppo del sistema immune neonatale. A tal fine sono stati creati alcuni maialini gnotobiotici per simulare l’effetto della somministrazione di alcuni batteri lattici (LAB, lactic acid bacteria) in concomitanza ad un’infezione di tipo virale ( diarrea neonatale provocata da retrovirus). Al gruppo di maialini sperimentali è stata somministrata una miscela di Lactobacillus acidophilus e Lactobacillus reuteri, mentre al gruppo di controllo è stata conservata la flora intestinale commensale senza aggiunta. La sperimentazione ha permesso di dimostrare che la reazione immunologia di questi maialini era simile a quella degli animali gnotobiotici senza l’aggiunta di batteri lattici (controllo). Tale modello quindi permetterà l’approfondimento dell’indagine sull’interazione della flora intestinale e del sistema immunitario (Zhang and Wei, 2006).
 
Se la somministrazione di Lactobacillus (acidophilus e reuteri) non ha dato risultati certi e significativi, la somministrazione preventiva di probiotici contenenti Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) ha dimostrato la propria efficacia contro i fenomeni di diarrea secretoria acuta. Somministrando preventivamente l’EcN in maialini appena nati, e successivamente infettati con la specie patogena Escherichia coli Abbotstown (EcA), si è potuto dimostrare che la diarrea dovuta all’attività tossica EcA era significativamente ridotta.
Tale risultato è stato verificato con un gruppo di maialini di controllo a cui veniva somministrata solo la specie patogena che sviluppavano i sintomi diarroici e con un gruppo di controllo a cui veniva somministrato solamente l’EcN che non mostravano alcuna sintomatologia (Schroeder at all, ).
 
Come già citato, Anche la US Food and Drug Administration riconosce le potenzialità di questo modello utilizzandolo, ad esempio, per verificare l’efficacia di alcune soluzioni alimentari ad uso terapeutico umano.
La FDA ha utilizzato il maiale per lo studio della dieta contenete alti livelli di Tripsino-inibitori, come quelli a base di Soia, che causano gravi scompensi a livello digestivo (Garthoff al all.,2002).
 
Conclusioni.
 
Lo sviluppo che caratterizza il maiale dalle fasi giovanili a quelle adulte sono proporzionalmente comparabili allo sviluppo umano. Infatti se il maiale raggiunge la maturità nello spazio del 4,4% dell’intera vita, l’uomo la raggiunge nel 4,6%.
Le descrizioni morfologiche dimostrano l’elevata similitudine esistente tra l’organismo umano e quello del maiale. Non di meno le numerose sperimentazioni che analizzano le diverse fasi del meccanismo di digestione, ci permettono di comparare le reazioni fisiologiche delle due specie.
 
La quantità di lavori, studi ed expertise ritrovati in questa prima ricerca bibliografia dimostrano con sufficiente certezza la fondatezza dell’applicazione del maiale come modello-animale nell’analisi delle dinamiche e della fisiologia umana.
 
 
 


 
Bibliografia:
 
 
  • Garthoff L.H. at all, 2002; “The Autosow raised miniature swine as a model for assessing the effects of dietary soy trypsin inhibitor.”, Food Chem Toxicol, 40(4): 487-500.
 
 
  • Home Office, 2007,“ Statistics of scientific Procedures on Living Animals”.
 
 
  • Kien L.C. at all., “ Technical Note: Pig Model for studying Nutrient Assimilation by the Intestine and Colon”, J. Anim. Sci., 75:2161-2164.
 
 
  • Miller E.R. and Ullrey D.E, 1987, “The pig as a model for human nutrition”, Ann. Rev. Nutr. 7: 361-382.
 
 
  • Pond W.G. and Houpt K.A., 1978, “ The biology of the pig”, Nutrition.
 
  • Schroeder B. at all., , “Preventive effects of the probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 on acute secretory diarrhea in a pig model of intestinal infection.” Dig.Dis.Sci. Aprl;51(4):724-31
 
 
  • Shulman R.J. atr all, 1988, “ The miniature pig as an animal model for the study of intestinal enzyme development”, Pediatr. Res, 23(3):311-5.
 
 
  • Xiaoyan P. at all. , 2007, “ Inter-species trasplantation of gut microbiota from human to pigs”, The ISME Journal 1, 156-162.
 
  • Zhang and Wei, 2006, “ Influence of probiotic Lactobacilli colonization on neonatal B cell responses in a neonatal gnotobiotic pig model of rotavirus infection and disease”, Food Animal Health Research Program. Graduate student poster competition, 2006.
 

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