Il latte è molto più di un semplice alimento per i bambini. Il latte materno si è evoluto per fornire migliaia di molecole diverse tra cui fattori di crescita, ormoni e anticorpi, nonché microbi.
Elizabeth Johnson, nutrizionista molecolare della Cornell University, studia gli effetti della dieta dei neonati sul microbioma intestinale. Questi studi potrebbero contenere indizi su questioni difficili in materia di salute pubblica sia per i bambini che per gli adulti. In questo episodio del podcast "The Joy of Why", il co-conduttore Steven Strogatz intervista Johnson sui componenti microbici che rendono il latte materno uno dei biofluidi più meravigliosi presenti in natura.
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Trascrizione
[Giochi a tema]
STEVEN STROGATZ: Il latte è una sostanza così familiare e familiare che potrebbe sembrare troppo ordinaria per racchiudere qualche mistero. Eppure, in realtà, il latte e l’atto dell’allattamento sono straordinarie innovazioni biologiche che i ricercatori stanno ancora cercando di comprendere.
È risaputo che il latte materno può contribuire a garantire la salute dei lattanti, ma tali benefici non sono semplicemente il risultato del contenuto nutrizionale del latte. Oltre ad essere una fonte di nutrimento, il latte fornisce anche protezione contro i germi, stimola lo sviluppo infantile e consente a mamma e bambino di avere ogni tipo di conversazione chimica. Il latte materno contiene migliaia di molecole diverse, inclusi fattori di crescita, ormoni, anticorpi e microbi. Tutti questi lavorano di concerto per fornire ai bambini ciò di cui hanno bisogno per crescere e svilupparsi normalmente. Ma come, esattamente?
Sono Steve Strogatz e questo è "The Joy of Why", un podcast di Quanta Magazine, dove io e la mia co-conduttrice Janna Levin esploriamo a turno alcune delle più grandi domande senza risposta in matematica e scienze oggi.
In questo episodio parleremo con il biologo molecolare Elizabeth Johnson sui misteri del latte e su come ci siamo evoluti fino a diventare così dipendenti da questa sostanza onnipotente e completamente naturale.
[Il tema termina]
Liz è assistente professore di nutrizione molecolare presso la Cornell University nella Divisione di Scienze della Nutrizione e Freeman Hrabowski Scholar dell'Howard Hughes Medical Institute. È specializzata in approcci genomici e metabolomici allo studio del Effetti della nutrizione sul microbioma intestinale, con particolare interesse per la nutrizione infantile e il microbioma intestinale infantile. Liz, benvenuta a "The Joy of Why".
ELISABETTA JOHNSON: Grazie per avermi ospitato, Steve.
STROGATZ: Piacere mio. Sono molto felice di vederti. Non penso che sia proprio rilevante, ma non posso trattenermi dal dire che siamo quasi vicini di casa. C'è una casa tra noi. Liz è una mia ottima amica nonché stimata collega.
GIOVANNI: Sì, no, penso che sia un buon punto da sottolineare.
STROGATZ: Va bene, quindi ora che la divulgazione è fuori mano, lasciatemi solo confessare, non so niente del latte come argomento scientifico. Sono rimasto scioccato mentre stavo facendo una piccola ricerca per questo spettacolo su quanti enigmi rimangono ancora. Da bambino, quando tornavo a casa dopo la scuola, prendevo latte e biscotti; forse prenderei burro di arachidi e gelatina. Quindi, da questo punto di vista, il latte è solo un altro tipo di cibo. Parliamone prima come cibo. Quali sono i componenti nutrizionali fondamentali del latte?
GIOVANNI: Il contesto di cui parli era lo stesso in cui pensavo al latte. Non che fosse cibo per neonati, ma che fosse semplicemente cibo, qualcosa che avesse un sapore piuttosto buono.
Man mano che invecchi e ti rendi conto di quanto possano essere specializzati i latti, specialmente quando potresti avere un bambino che ha bisogno di latte, e inizi a pensare al latte umano, è allora che ti rendi conto che c'è di più nel latte di quanto pensassi veramente quando li avevo biscotti e latte da bambino.
In realtà è composto da elementi necessari per la nutrizione dei bambini per un breve periodo di tempo. Ed è un tratto molto caratteristico di tutti i mammiferi, che utilizzano il latte per nutrire i propri piccoli. E quindi quando pensi a cosa c'è veramente dentro, ci sono gli zuccheri, quindi i carboidrati. Ci sono i grassi. Ci sono le proteine. Ci sono minerali. E nel latte materno, e in molti altri latti, ci sono altri fattori, come fattori immunitari e altre cellule, acidi nucleici e cose del genere, che non servono solo alla crescita, ma anche alla crescita. lo sviluppo in quel periodo di tempo. Quindi, quando prendi in mano un bicchiere di latte freddo, è stato progettato per fare molto di più di quello che fa adesso.
STROGATZ: Quindi ora avete aperto la porta a questo ruolo più ampio che il latte può svolgere, che è molto più di un alimento. È tutto ciò che hai sempre letto nei tuoi libri di biologia, vero? Enzimi, ormoni, anticorpi, cellule staminali, microbi, cose che non sono nemmeno esattamente umane?
GIOVANNI: Si Esattamente. Ed è un'ottima fonte di nutrimento. Stai pensando a qualcosa che consentirà la crescita e lo sviluppo più rapidi di un essere umano al di fuori del grembo materno, giusto?
Ma poi pensi che qui ci sia anche questa grande opportunità per la comunicazione, giusto? Molte delle informazioni presenti possono essere trasferite attraverso l'atto dell'allattamento al seno. E questa è una cosa molto importante di cui ci dimentichiamo quando la consideriamo semplicemente come un prodotto di consumo o semplicemente come qualcosa che serve per il fabbisogno energetico.
STROGATZ: Per quanto riguarda le informazioni qui, puoi darci un esempio di che tipo di informazioni? È una comunicazione bidirezionale? Stanno parlando tra loro?
GIOVANNI: Sì, ci sono prove che può essere in due sensi. Possono esserci informazioni sulla saliva nella saliva del bambino. Potete immaginare se ci fosse un virus o altre particelle che potrebbero interagire con la mammella o il seno. E poi anche qualunque cosa venga immessa nel latte attraverso i dotti lattiferi - quindi l'allattamento è la produzione di latte e poi l'espulsione del latte - quindi qualunque cosa venga espulsa lì dentro è qualcosa che potenzialmente il bambino consumerà e poi le cellule e gli organi del bambino può quindi elaborarlo. E parte di questa possiamo chiamarla informazione.
Potrebbero essere piccole molecole o altri segnali chimici davvero importanti per la crescita e lo sviluppo durante quel periodo di tempo. Stiamo ancora cercando di capire cosa siano perché vogliamo capire, sono necessari per la salute? Cosa succede quando non si vedono alcuni di questi segnali e come pensiamo di nutrire i bambini nel modo più ottimale con questo tipo di informazioni?
STROGATZ: Cominciamo ad esplorarne alcune. Ad esempio, parliamo semplicemente della variazione da persona a persona. È ovvio che gli ingredienti non sarebbero esattamente gli stessi da una persona all'altra. Forse cambierebbe il contenuto di grassi, oppure gli anticorpi che vengono trasferiti sono diversi. Ma il latte varia ancora di più da persona a persona? Diciamo, nel corso del tempo, nel corso dell'allattamento al seno?
GIOVANNI: Oh, sicuramente. L'esempio più famoso di questo è il colostro. Questo è un “primo latte”, ovvero un latte denso e ad alto contenuto proteico. Sembra una specie di oro, è come l'oro liquido ed è disponibile in quantità molto piccole. E questo è, nei primi istanti di vita, il nutrimento che il bambino riceve.
Ma poi, nei successivi cinque o sette giorni, c'è questa maturazione del latte, in cui si passa da questa sostanza molto densa di proteine a un tipo di latte acquoso e più zuccherino che potrebbe essere il latte che sosterrà la crescita nei prossimi mesi. . E quindi avviene questo processo biologico che è caratteristico dell'allattamento.
Ma secondo te, non credo che abbiamo nemmeno una comprensione di quanto latte possa variare da un individuo all'altro giorno per giorno. Ed è qualcosa che il mio laboratorio sta cercando di fare. Ad esempio, se guardassi il latte ogni singolo giorno di allattamento, è molto simile o sta cambiando in molti degli eventi della vita che possono accadere durante i primi sei mesi di vita?
Ci sono stati alcuni studi davvero sorprendenti che dimostrano che la dieta ha un’influenza. Quindi le cose particolari che finiscono nel latte possono dipendere da questo. E si può immaginare che ci siano alcune specificità regionali che consentirebbero ai latti di alcune popolazioni di apparire più simili rispetto ad altre popolazioni. Vedrai comunque variazioni, non solo tra individui, ma ci sono variazioni temporali individuali durante il giorno. C'è anche il momento della poppata. Quindi c'è un "latte anteriore" e un "latte secondario".
STROGATZ: Non conosco questi termini. Latte anteriore e latte posteriore?
GIOVANNI: Sì, quando un bambino si attacca, la poppata può durare dai cinque ai 30 minuti, o anche di più. E nel corso della poppata, la composizione dei macronutrienti del latte può cambiare. Il latte all'inizio della poppata avrà una composizione di macronutrienti diversa, e questo è il primo latte, rispetto al latte posteriore, che arriva alla fine della poppata. Lo chiamo sempre “il biofluido più interessante della natura” perché ci sono così tante complicazioni su come lo comprendiamo. Ma se li trattiamo nel modo giusto, impariamo davvero molte informazioni.
STROGATZ: Oh che bello. Non riesco a pensare a quale altro biofluido potrebbe rivaleggiare con lui. Il sangue è complicato, suppongo, ma il latte potrebbe essere il campione.
GIOVANNI: Sì. Mi piace mettere una parola per il latte. Ciò che è affascinante del latte, in termini di comprensione della salute umana, è che tutto ciò di cui hai bisogno per nutrire un bambino è in questa sostanza che possiamo quantificare. E possiamo guardare e non dobbiamo indovinare, le risposte sono lì. E poi abbiamo l’opportunità di decodificare alcune di quelle risposte man mano che miglioriamo nell’analisi del latte e nella comprensione delle domande giuste da porre.
Ma è molto diverso dal modo in cui forse io e te ci nutriamo, dove prendiamo le nostre decisioni, e potremmo prendere decisioni buone e decisioni sbagliate e queste potrebbero avere conseguenze buone o cattive sulla nostra salute. Ma quando pensiamo all'infanzia e pensiamo al latte umano, il bello c'è e dobbiamo solo capire il perché.
STROGATZ: Quindi prima hai menzionato la dieta del caregiver. E in realtà mentre ci sono, dico "caregiver" qui per includere le madri, ma teniamo a mente anche altre persone: balie, donatrici di latte materno, persone trans, chiunque potrebbe fornire latte.
GIOVANNI: Di solito dico badante o genitore che allatta. Quando guardi i nuclei familiari, c'è molto da fare. Quindi è davvero importante essere molto inclusivi nei confronti di tutto ciò che accade in questo periodo in cui pensiamo all'alimentazione dei bambini e a tutte le tante persone che allattano i bambini.
STROGATZ: Riguardo alla questione della dieta, in che modo la dieta della persona che si prende cura di lei influenza la composizione del latte prodotto?
GIOVANNI: Penso che stiamo ancora cercando di capire esattamente come funziona. Quindi puoi pensare a questo su scala macro. Nel mio laboratorio ci concentriamo sulla frazione grassa del latte. Nel latte umano, è una frazione affascinante da studiare perché è realmente responsabile di tutte le calorie. È anche responsabile di molte piccole molecole e segnali chimici che non sono stati quantificati e che sono estremamente importanti.
E quindi, quando pensiamo ai diversi tipi di grassi presenti nel latte, questi possono provenire da molti luoghi diversi. Possono essere sintetizzati nella mammella. Possono provenire dalla circolazione. Ma quelli che provengono dalla circolazione possono essere direttamente correlati a ciò che la madre o il genitore che allatta sta effettivamente consumando, perché ciò può cambiare il profilo di quali strutture di grassi sono presenti nel latte.
Forse alcuni dei più famosi sarebbero, diciamo, se mangi molti pesci grassi, acidi grassi polinsaturi, acidi grassi omega-3 e cose del genere. È possibile avere profili diversi di quelli presenti nel latte in base al consumo di tali nutrienti nella dieta.
Quindi stiamo imparando - e alcune persone stanno facendo un ottimo lavoro - che vogliamo un definitivo "sappiamo cosa hai mangiato". Sappiamo che è finito nel latte e sappiamo che è la cosa che sarà esposta al bambino. E penso che quando avremo gli strumenti per continuare a farlo sempre meglio, potremo capire meglio come ciò che mangiamo influisce sul modo in cui sintetizziamo il latte.
STROGATZ: Interessante. Sì, non avevo davvero pensato a come fosse uno sforzo di produzione di tutto il corpo. Non è solo la ghiandola mammaria. Hai menzionato la circolazione, ma ovviamente la dieta. Altre cose che dovremmo tenere a mente?
GIOVANNI: Ci sono molti fattori che influenzano l'allattamento e che lo rendono difficile o facile, come la salute del genitore. Anche ciò che accade in caso di infezione o di altre malattie o disturbi può influenzare ciò che viene contenuto nel latte.
E fatti anche un'idea migliore non solo dei nutrienti, ma cosa succede se prendi un Tylenol o se fai certe altre cose? C'è molto che stiamo ancora cercando di capire, ma penso che la cosa fantastica sia che abbiamo alcuni progetti su come porre quelle domande e ora le stiamo semplicemente ponendo.
STROGATZ: Quindi hai detto che gran parte del tuo lavoro in laboratorio ha a che fare con il contenuto di grassi. E in particolare, c'è una molecola o una classe di molecole di cui non avevo mai sentito parlare finché non ho provato a prepararmi a parlarvene. Lo dirò bene? «Sfingolipidi?»
GIOVANNI: Sì, hai detto bene. Stavo per dire: lo dirai bene? SÌ!
[STROGATZ ride]
GIOVANNI: Se lo scopo fosse quello di far conoscere a più persone gli sfingolipidi, sarebbe fantastico. Ha un nome davvero inquietante, ma in realtà è una classe di lipidi coinvolti in molti processi del corpo. Fanno parte della membrana cellulare. Possono agire come molecole strutturali e possono anche agire come molecole di segnalazione. Ma la cosa interessante degli sfingolipidi per noi è che si trovano nella frazione grassa del latte. Sono prodotti da alcuni microbi benefici e in noi esseri umani ci sono anche molti percorsi di segnalazione che possono effettivamente accettare questi segnali. Quindi, quando pensiamo a come la dieta, il microbioma e le interazioni dell'ospite supportano la salute, questo è forse uno dei metaboliti o dei segnali chimici che potrebbe darci alcuni di questi indizi.
STROGATZ: La parola stessa è un po’ scoraggiante e intimidatoria. Sfingolipidi. Perchè dovresti chiamarli così?
GIOVANNI: Sì, penso che tutto derivi da quanto fosse difficile studiare questi lipidi originariamente. Hanno la reputazione di essere molto sfuggenti ed enigmatici come la Sfinge. E così è rimasto, anche se ora è molto più semplice misurare alcuni di questi lipidi.
E man mano che sempre più persone accedono alla capacità di misurare gli sfingolipidi, scoprono come siano effettivamente collegati a così tanti aspetti della nostra biologia. E sono davvero importanti dal punto di vista meccanico in molti dei processi che stiamo cercando di capire. Una volta che impari la parola e conosci gli sfingolipidi, non puoi farli uscire dalla tua vita. Li vedrai ovunque andrai, quindi devi farmi sapere se è vero.
STROGATZ: Sembra avere un ruolo così sfaccettato e versatile. Hai detto che puoi usarli come elementi costitutivi, come componenti strutturali. Può essere utilizzato per comunicare informazioni. Può essere usato per costruire, come hai detto, le membrane cellulari?
GIOVANNI: Membrane cellulari, parte davvero importante della cellula. E penso che si possa anche dire che certe strutture degli sfingolipidi possono essere usate come segnali chimici tra le cellule, e anche tra i microbi e le cellule del corpo. E quindi questo è ciò a cui abbiamo davvero cercato di pensare, nel caso di come facciamo a sapere dove va qualcosa nella dieta.
Il mio laboratorio ha davvero cercato di pensare a come facciamo a sapere quali nutrienti interagiscono con il microbioma, in modo da sapere quali sono i microbi importanti che vengono influenzati dalla dieta, e poi quali sono le conseguenze di tali interazioni? Quindi abbiamo questi microbi che potrebbero assorbire e trasformare questi nutrienti. Cosa stanno producendo e in che modo ciò influisce sulla nostra salute? E penso che questo sia davvero importante nel contesto infantile, perché gran parte del latte è costituito da molecole che interagiscono con il microbioma intestinale del bambino.
Si stima che quasi il 10% della massa secca del latte umano serve per comunicare con il microbioma intestinale. E stiamo cercando di capire, ci sono più molecole che fanno questo? E quali sono le conseguenze quando non si hanno alcuni di quei segnali chimici che si verificano? Devono svolgere una sorta di funzione benefica, potresti postulare.
STROGATZ: Torneremo subito dopo questo messaggio.
[Pausa per l'inserimento dell'annuncio.]
STROGATZ: Bentornati a "The Joy of Why".
Quindi, se ho capito bene, la visione più ingenua era quella del latte come alimento. Ora stiamo vedendo che il latte non è solo il cibo per costruire denti e ossa forti e cose del genere. Quello che ho sentito da te è che questi sfingolipidi, solo come esempio delle fantastiche molecole presenti nel latte. Potrebbero essere un modo per la mamma a parlare con questi batteri che compongono il microbioma.
GIOVANNI: Forse sì, è quello che stiamo cercando di capire. E non solo sfingolipidi. Abbiamo anche esaminato forse il nutriente preferito o meno preferito da alcune persone, il colesterolo. Cose che quando consumiamo quei lipidi, interagiscono con il microbioma? E in che modo ciò che mangiamo determina la nostra salute?
E quindi siamo davvero nella fase in cui stiamo cercando di capire chi è importante e perché lo è in questo tipo di sistema. Quindi, quali batteri sono importanti per avere effetti sulla nostra salute e perché? Quali sono i meccanismi?
Allora, posso mostrarti una cosa?
STROGATZ: Oh, vuoi mostrarmi qualcosa?
GIOVANNI: Posso mostrarti una cosa, Steve? Perché penso che ciò che stiamo cercando di fare è fare in modo che tu possa effettivamente vedere ciò che accade.
GIOVANNI: Quindi quello che stiamo guardando qui è un'immagine del microbioma. E il microbioma è un insieme di microbi, e in questo caso si tratta di batteri. Quindi cose molto piccole. E questa foto è stata scattata con un microscopio che abbiamo in laboratorio.
E quello che potete vedere è che ci sono alcuni microbi che sono blu e altri che sono rossi. E quelli rossi sono quelli su cui siamo effettivamente riusciti a introdurre un'etichetta di una sostanza nutritiva. In questo caso è il colesterolo. E questo colesterolo è stato consumato. E poi possiamo seguire quell'etichetta. E l'etichetta diventa rossa. Quindi ogni microbo rosso che vedete ha assorbito il colesterolo. E chiunque sia blu non ha alcun interesse per il colesterolo in quel particolare momento.
STROGATZ: Stai parlando di un'etichetta nel senso di etichettatura radioattiva?
GIOVANNI: Lo stesso concetto, ma questa è fluorescenza. Quindi il rosso è una fluorescenza rossa. E questo per noi è importante perché ci consente di identificare effettivamente i microbi che interagiscono con ciò che mangi rispetto a quelli che non lo fanno.
STROGATZ: Molto bello. Vorrei solo sottolinearlo, perché gran parte della biologia riguarda il vedere cose difficili da vedere, ma è stato di enorme aiuto in neurobiologia, e ora a quanto pare in nutrizione, che qualcosa che era invisibile, tu - con questi trucchi di etichettatura - puoi ora monitora e guarda cosa sta succedendo.
GIOVANNI: Sì, è per questo che assegnano il Premio Nobel per queste cose, perché aiuta le persone come me a porsi le domande che vogliamo porre. Sembra davvero semplice, ma ci dà un piccolo indizio che stiamo andando nella giusta direzione. E poi possiamo chiederci molte cose che potrebbero non dipendere dal segnale fluorescente ma che ci permettono di entrare in alcuni dei percorsi chimici che ne sono coinvolti. E poi abbiamo macchinari dove possiamo separarli fisicamente e possiamo identificare tutti i microbi rossi.
E quindi potreste pensare che sia banale, ma in realtà ci aiuta davvero a gettare le basi per alcune delle domande di cui stiamo parlando. Questi nutrienti sono importanti per il microbioma? Se vengono consumati e trasformati, almeno stanno avendo una sorta di effetto.
STROGATZ: Ok, tutta la questione del microbioma forse non è così nuova per te. Ma molti di noi là fuori non hanno pensato davvero al microbioma fino a, non so, negli ultimi dieci anni o due o qualcosa del genere.
GIOVANNI: La cosa bella dello studiare il microbioma e dell'insegnarlo qui alla Cornell è che quando entri in una classe, le persone ti credono quando entri. Dicono: "Il microbioma è importante". Non devi venderlo. “La salute del mio intestino è tutta la mia salute”. Quando chiedo agli studenti in classe: “Quanti di voi hanno preso un probiotico?” oppure “Quanti avete fatto, quanti di voi hanno mangiato un prebiotico?”, tutte le lancette si alzano.
E quindi c'è la sensazione che sia molto importante, ma cosa è importante nello specifico? Che cosa mangiamo che ha effettivamente questi effetti? E quindi ci fa sapere... Sai, Steve, non lo so, hai mai preso un probiotico?
STROGATZ: Penso di avere. Lo conosco soprattutto perché li do spesso al mio cane, Murray.
GIOVANNI: SÌ. Quando Murray prende questi probiotici e cose del genere, come facciamo a decidere quale è quello benefico? Per dare queste risposte, dobbiamo iniziare dalle basi, ad esempio - non voglio semplificarlo troppo, ma: quali sono i microbi buoni e quali sono i contesti in cui agiscono a sostegno della salute e quali no? E quindi se vogliamo sapere che il probiotico che stiamo assumendo funzionerà per noi, penso che dobbiamo conoscere alcune di queste interazioni molto specifiche a livello molecolare e biochimico.
STROGATZ: Ora, conta che io mangi yogurt?
GIOVANNI: Che conta. Hai il tuo probiotico, prebiotico. Nelle scienze della nutrizione, pensiamo davvero a come la dieta e il microbioma siano molto ben collegati, perché a volte possono esserci dei microbi, ma hanno bisogno di determinati nutrienti per sopravvivere nell'intestino, e se non li fornisci, non ha senso prendendo quel probiotico potenzialmente.
E poi ci sono anche sostanze nutritive che potresti assumere e potresti pensare che abbiano un effetto benefico, ma se non hai i microbi che agiscono effettivamente su quella sostanza alimentare, allora non otterrai nemmeno quello effetto sulla salute. Il caso famoso sarebbe quello delle fibre alimentari.
Quindi ci chiediamo spesso “chi e cosa hanno fatto?” E questo in realtà ci dà molte informazioni su ciò che potrebbe essere importante per promuovere la salute quando pensiamo alle interazioni tra microbiomi e dieta.
STROGATZ: Quindi, parlando di fibre, lasciatemi spostare leggermente il discorso su uno studio diverso uscito dal vostro laboratorio e che ha a che fare con la diagnosi di malattie infantili in base alle loro feci [ride], se posso dirlo così.
GIOVANNI: Hai capito bene, Steve. Sei un genitore. Negli anni hai guardato diversi pannolini. Ed erano tutti uguali? No non lo erano.
E quando parliamo di nutrire i bambini e di prenderci cura dei bambini, una delle cose più importanti è che non sempre ti dicono di cosa hanno bisogno in un modo che tu possa capire. Ma c'è una grande quantità di informazioni in questi pannolini che sono fondamentalmente microbi e metaboliti. E se riusciamo a capire cosa sta succedendo qui, allora potremmo avere indizi su come cambia la salute del bambino in tempo reale. Allora forse la terapia potrebbe essere più reattiva, se avessimo più informazioni su cosa sia un pannolino sano rispetto a cosa sia un pannolino non così sano.
Forse tutti abbiamo cercato su Google: “Va bene il verde? Cosa sta succedendo qui?" In realtà è una delle ricerche genitoriali più popolari in circolazione. E pensiamo di poter mettere un po' più di rigore in questo perché abbiamo gli strumenti per determinare effettivamente se va bene o non va bene? La cosa bella è che non sei mai a corto di campioni. Quindi, il nostro gruppo e molti altri gruppi in tutto il mondo sono stati davvero in grado di iniziare a porre queste domande su “come comprendiamo la salute infantile?” attraverso lo sviluppo del microbioma nei primi mesi di vita.
STROGATZ: Qual è esattamente il tipo di studio che faresti? Quindi raccogli un po' di cacca e poi cosa faresti per analizzarla?
GIOVANNI: Possiamo isolare il microbo e poi usare il sequenziamento del DNA per capire qual è la classificazione di quel microbo. E poi possiamo anche osservare tutte le piccole molecole o sostanze chimiche presenti lì dentro. Quindi forse è una combinazione di cose che sono state digerite, cose che non sono state digerite, cellule intestinali. Possiamo anche misurarlo e provare a interpretare cosa potrebbe significare nel contesto infantile.
Uno degli esempi più famosi è che in alcune malattie epatiche infantili, i bambini smettono di produrre la bile. E quindi, se riesci a misurare la bile e c'è, allora fantastico, e se misuri la bile e non c'è, questo è indicativo. Inoltre, le feci assumono un colore completamente diverso quando la bile non è presente. Ma nel quotidiano, probabilmente ci sono molte informazioni che ci mancano, solo perché non siamo ancora riusciti a decodificarle.
STROGATZ: Va bene. Quindi sembra che potremmo dedicare molti spettacoli al microbioma stesso. Ma volevo tornare al latte, perché ci sono così tante cose affascinanti di cui discutere con te qui. Qual è il tempo tipico per nutrirsi in quel modo? Quando è il momento di passare ad altri tipi di nutrienti?
GIOVANNI: Questa è una bella domanda, perché penso che sia bene orientarsi. Pertanto le raccomandazioni dell’Organizzazione Mondiale della Sanità e del CDC prevedono l’alimentazione esclusiva con latte umano per sei mesi. E poi l'introduzione degli alimenti complementari. Persone diverse hanno modi diversi di farlo. Ma continuando a mantenere il latte come principale fonte di calorie per il bambino per un po', e poi l'introduzione del latte vaccino potenzialmente all'età di un anno. E poi anche l'incoraggiamento a qualsiasi allattamento con latte materno, se per te va bene. Quindi non c'è davvero un momento in cui devi necessariamente smetterla.
Ma penso che tu stia per farmi la domanda da trilioni di dollari: quali sono le conseguenze a lungo termine sulla salute dell'esposizione al latte umano rispetto all'esposizione al latte artificiale? Dando il latte ai bambini oggi, potrò evitare l'asma allergica tra cinque anni? Oppure ci sono processi di sviluppo che dipendono davvero dal tempo, che sono molto importanti, e sono queste cose che possono portare alla salute per tutta la vita? E potremmo effettivamente determinare quali sono in modo che siano presenti in ogni singola forma di alimentazione infantile? Penso molto a questo, a ciò che è importante.
Anche da genitori pensate: “Cavolo, se ieri me li sono fatti cadere in testa, era importante? Oppure no?» Oppure “No, l’hanno leccato da terra! Era importante?" Quali sono le cose di cui devo davvero preoccuparmi in termini di creazione dell'ambiente giusto per prepararli al successo in futuro?
E la risposta probabilmente è che i bambini sono molto robusti, quindi forse ci preoccupiamo più di quanto dovremmo.
STROGATZ: Ed è troppo presto per rispondere a queste domande sugli effetti a lungo termine? L'argomento è troppo giovane o abbiamo già qualche indizio?
GIOVANNI: Penso che ci siano alcuni indizi. Voglio dire, ci sono studi epidemiologici che hanno correlazioni tra modalità di alimentazione e risultati o persino composizione del microbioma in base alla modalità di alimentazione e ai risultati. Ma penso che sia troppo presto perché questi studi sono estremamente difficili da fare. Ciò che è veramente impegnativo in alcuni studi è che nutrire i bambini è molto difficile.
Di solito non è come il latte umano contro la formula o questo contro quello. Ci sono tempi diversi, ad esempio potresti essere andato a tre mesi, o potresti essere andato a sei mesi, o potrebbe esserci un'alimentazione esclusiva per un mese.
Ci sono così tante variazioni che dobbiamo catturare se vogliamo davvero rispondere adeguatamente a queste domande. E poi dobbiamo essere in grado di seguire i gruppi molto intensamente per un lungo periodo di tempo per iniziare ad affrontare alcune di queste domande. Ciò richiede molte risorse.
STROGATZ: Quindi, in un contesto più ampio del semplice latte umano, cosa succederebbe se parlassimo di altri tipi di latte di mammiferi? Ad esempio, molti di noi bevono sempre latte vaccino, e quanto è diverso? Il latte di altri animali svolge lavori che il latte umano non fa e viceversa?
GIOVANNI: Sì, penso che ci siano alcune somiglianze, ma ci sono molte differenze. Se pensate alla funzione del latte, è quella di far crescere un bambino di quella particolare specie, e le mucche e i bambini hanno dimensioni diverse e hanno traiettorie di crescita diverse. Quindi puoi immaginare che ciò possa riflettersi nel latte.
Quindi, quando pensi al latte vaccino, più ricco di proteine, rispetto al latte umano, molto ricco di carboidrati. Esistono diverse strategie per il trasferimento dei nutrienti nelle diverse specie di latte animale. Ma il latte vaccino contiene molte delle cose che costituiscono gli elementi costitutivi del latte umano. Quindi, quando pensiamo all’utilizzo del latte vaccino come alternativa, può avere molto senso.
STROGATZ: Quindi in genere beviamo latte pastorizzato. Ci sono persone che non lo fanno, giusto? Immagino che la differenza sia che, se è pastorizzato, hai ucciso tutti o la maggior parte dei microbi che accompagnano il viaggio. Potresti avere ancora alcuni nutrienti.
GIOVANNI: E c'è il latte di donatore umano pastorizzato. Quindi c'è un'intera riflessione su come pensiamo al latte donato e quali sono i fattori vivi nel latte donato e anche le cose che possono essere denaturate con il calore. Le molecole possono cambiare la loro conformazione in diversi tipi di metodi di pastorizzazione. Ci sono un sacco di persone davvero intelligenti là fuori che pensano a quali saranno le conseguenze di tutto ciò.
STROGATZ: Un altro che sono sicuro sia nella mente di molti dei nostri ascoltatori ha a che fare con l'intolleranza al lattosio. Ho letto da qualche parte che la capacità degli esseri umani adulti di scomporre il lattosio, che è, ovviamente, lo zucchero principale nel latte animale, è una caratteristica relativamente moderna. Solo circa 6,000 anni fa abbiamo iniziato a essere in grado di farlo. Storicamente, solo i neonati possedevano l’enzima lattasi che permetteva loro di digerire il latte materno.
Quindi, immagino che la mia domanda sia: se gli adulti di 10,000 anni fa non potevano affatto bere latte, ma ora la maggior parte di noi può, con poche eccezioni, abbiamo idea di cosa abbia innescato questo cambiamento? Pensiamo che ci sia qualche mutazione genetica che sia stata favorevole e abbia cominciato a propagarsi?
GIOVANNI: Sì. Quello che ho capito è che la lattasi è sotto un promotore neonatale. Quindi questo è un gene che verrà espresso durante la fase infantile, e poi si spegne. Ma poi puoi avere una mutazione che non lo spegne. E ciò può consentire l’espressione della lattasi in età adulta. Alcune persone hanno fatto un ottimo lavoro sulla diffusione di questa particolare abilità basandosi sul tracciamento della genetica di questa particolare mutazione. Alcuni dei tuoi microbi possono anche metabolizzare il lattosio. Riportandolo al microbioma intestinale, in che modo è coinvolto nella persistenza della lattasi e simili.
STROGATZ: Interessante. Ne hai già parlato un po', ma hai parlato del latte in confronto al latte artificiale. Sicuramente molti genitori o tutori ci penseranno. La tua ricerca ci fornisce qualche indicazione su questa importante conversazione?
GIOVANNI: Sì, penso che se vieni nel mio laboratorio, Steve, abbiamo analizzato ogni tipo di formula su cui possiamo mettere le mani. Parliamo di latte artificiale come una cosa, ma esistono molte formulazioni diverse. Quindi nel nostro laboratorio quantifichiamo il latte che otteniamo e quantifichiamo anche tutte le formule che gli operatori sanitari potrebbero utilizzare.
E si possono vedere molto chiaramente le differenze nei profili nutrizionali tra i diversi tipi di latte artificiale e anche tra latte artificiale e latte umano, e cercare davvero di capire se esiste un insieme essenziale di nutrienti a cui il microbioma deve essere esposto. Qualunque cosa dai da mangiare a un bambino, la misureremo in laboratorio.
Il motivo per cui è così difficile parlare dell'argomento è che tutti valutano. Ad esempio, ho tenuto questo discorso alla riunione del Pew e dopo la gente mi ha chiesto: “Quale formula? Cosa ho fatto?" "Ho chiamato mia moglie e le ho detto che stiamo sbagliando tutto!" E non voglio che questo sia il messaggio. Voglio che il messaggio sia più che le persone stanno facendo le cose bene. E volevamo solo più informazioni.
STROGATZ: So che qui ci sono questioni importanti in gioco per la medicina, per la popolazione, per la salute pubblica, per ogni genere di cose. Ma proprio in termini di piacere di essere uno scienziato, cos'è che ti dà gioia nella tua ricerca?
GIOVANNI: Oh, wow, così tante cose. Arrivare a porre le domande che riteniamo interessanti. E poi anche lavorare con il team di scienziati con cui lavoro. Vedere la creatività e anche la resilienza perché queste domande sono difficili.
[Giochi a tema]
La foto che volevo mostrarti, il giorno in cui l'abbiamo scattata, stavamo lì a guardare lo schermo del computer e ho pensato: “È questo? È questo ciò che pensiamo che sia?” Questo tipo di entusiasmo guida davvero gran parte del duro lavoro che svolgiamo in ciò che facciamo.
STROGATZ: È fantastico. Grazie mille. Quindi abbiamo parlato con la biologa molecolare della Cornell Liz Johnson. Grazie ancora, Liz, per questa interessante conversazione sul latte e sul microbioma.
GIOVANNI: Grazie mille, Steve, per avermi ospitato.
[Giochi a tema]
STROGATZ: Grazie per aver ascoltato. Puoi trovare altri contenuti, inclusa l'immagine di Liz sull'etichettatura della fluorescenza nel microbioma, su Quanta Magazine dot org [quantamagazine.org].
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"The Joy of Why" è un podcast di Quanta Magazine, una pubblicazione editorialmente indipendente supportata dal Fondazione Simons. Le decisioni di finanziamento della Simons Foundation non hanno alcuna influenza sulla selezione di argomenti, ospiti o altre decisioni editoriali in questo podcast o in Quanta Magazine.
“The Joy of Why” è prodotto da Produzioni PRX; il team di produzione è composto da Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler e Merritt Jacob. Il produttore esecutivo di PRX Productions è Jocelyn Gonzales. Morgan Church e Edwin Ochoa hanno fornito ulteriore assistenza.
Da Quanta Magazine, John Rennie e Thomas Lin hanno fornito una guida editoriale, con il supporto di Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana e Madison Goldberg.
Il nostro tema musicale proviene da APM Music. Julian Lin ha inventato il nome del podcast. La grafica dell'episodio è di Peter Greenwood e il nostro logo è di Jaki King e Kristina Armitage. Un ringraziamento speciale alla Columbia Journalism School e a Bert Odom-Reed dei Cornell Broadcast Studios.
Sono il tuo ospite, Steve Strogatz. Se avete domande o commenti per noi, inviateci un'e-mail a [email protected].
Cosa fa il latte per i bambini? | Rivista Quanti
Ripubblicato da Platone
Introduzione
Il latte è molto più di un semplice alimento per i bambini. Il latte materno si è evoluto per fornire migliaia di molecole diverse tra cui fattori di crescita, ormoni e anticorpi, nonché microbi.
Elizabeth Johnson, nutrizionista molecolare della Cornell University, studia gli effetti della dieta dei neonati sul microbioma intestinale. Questi studi potrebbero contenere indizi su questioni difficili in materia di salute pubblica sia per i bambini che per gli adulti. In questo episodio del podcast "The Joy of Why", il co-conduttore Steven Strogatz intervista Johnson sui componenti microbici che rendono il latte materno uno dei biofluidi più meravigliosi presenti in natura.
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Trascrizione
[Giochi a tema]
STEVEN STROGATZ: Il latte è una sostanza così familiare e familiare che potrebbe sembrare troppo ordinaria per racchiudere qualche mistero. Eppure, in realtà, il latte e l’atto dell’allattamento sono straordinarie innovazioni biologiche che i ricercatori stanno ancora cercando di comprendere.
È risaputo che il latte materno può contribuire a garantire la salute dei lattanti, ma tali benefici non sono semplicemente il risultato del contenuto nutrizionale del latte. Oltre ad essere una fonte di nutrimento, il latte fornisce anche protezione contro i germi, stimola lo sviluppo infantile e consente a mamma e bambino di avere ogni tipo di conversazione chimica. Il latte materno contiene migliaia di molecole diverse, inclusi fattori di crescita, ormoni, anticorpi e microbi. Tutti questi lavorano di concerto per fornire ai bambini ciò di cui hanno bisogno per crescere e svilupparsi normalmente. Ma come, esattamente?
Sono Steve Strogatz e questo è "The Joy of Why", un podcast di Quanta Magazine, dove io e la mia co-conduttrice Janna Levin esploriamo a turno alcune delle più grandi domande senza risposta in matematica e scienze oggi.
In questo episodio parleremo con il biologo molecolare Elizabeth Johnson sui misteri del latte e su come ci siamo evoluti fino a diventare così dipendenti da questa sostanza onnipotente e completamente naturale.
[Il tema termina]
Liz è assistente professore di nutrizione molecolare presso la Cornell University nella Divisione di Scienze della Nutrizione e Freeman Hrabowski Scholar dell'Howard Hughes Medical Institute. È specializzata in approcci genomici e metabolomici allo studio del Effetti della nutrizione sul microbioma intestinale, con particolare interesse per la nutrizione infantile e il microbioma intestinale infantile. Liz, benvenuta a "The Joy of Why".
ELISABETTA JOHNSON: Grazie per avermi ospitato, Steve.
STROGATZ: Piacere mio. Sono molto felice di vederti. Non penso che sia proprio rilevante, ma non posso trattenermi dal dire che siamo quasi vicini di casa. C'è una casa tra noi. Liz è una mia ottima amica nonché stimata collega.
GIOVANNI: Sì, no, penso che sia un buon punto da sottolineare.
STROGATZ: Va bene, quindi ora che la divulgazione è fuori mano, lasciatemi solo confessare, non so niente del latte come argomento scientifico. Sono rimasto scioccato mentre stavo facendo una piccola ricerca per questo spettacolo su quanti enigmi rimangono ancora. Da bambino, quando tornavo a casa dopo la scuola, prendevo latte e biscotti; forse prenderei burro di arachidi e gelatina. Quindi, da questo punto di vista, il latte è solo un altro tipo di cibo. Parliamone prima come cibo. Quali sono i componenti nutrizionali fondamentali del latte?
GIOVANNI: Il contesto di cui parli era lo stesso in cui pensavo al latte. Non che fosse cibo per neonati, ma che fosse semplicemente cibo, qualcosa che avesse un sapore piuttosto buono.
Man mano che invecchi e ti rendi conto di quanto possano essere specializzati i latti, specialmente quando potresti avere un bambino che ha bisogno di latte, e inizi a pensare al latte umano, è allora che ti rendi conto che c'è di più nel latte di quanto pensassi veramente quando li avevo biscotti e latte da bambino.
In realtà è composto da elementi necessari per la nutrizione dei bambini per un breve periodo di tempo. Ed è un tratto molto caratteristico di tutti i mammiferi, che utilizzano il latte per nutrire i propri piccoli. E quindi quando pensi a cosa c'è veramente dentro, ci sono gli zuccheri, quindi i carboidrati. Ci sono i grassi. Ci sono le proteine. Ci sono minerali. E nel latte materno, e in molti altri latti, ci sono altri fattori, come fattori immunitari e altre cellule, acidi nucleici e cose del genere, che non servono solo alla crescita, ma anche alla crescita. lo sviluppo in quel periodo di tempo. Quindi, quando prendi in mano un bicchiere di latte freddo, è stato progettato per fare molto di più di quello che fa adesso.
STROGATZ: Quindi ora avete aperto la porta a questo ruolo più ampio che il latte può svolgere, che è molto più di un alimento. È tutto ciò che hai sempre letto nei tuoi libri di biologia, vero? Enzimi, ormoni, anticorpi, cellule staminali, microbi, cose che non sono nemmeno esattamente umane?
GIOVANNI: Si Esattamente. Ed è un'ottima fonte di nutrimento. Stai pensando a qualcosa che consentirà la crescita e lo sviluppo più rapidi di un essere umano al di fuori del grembo materno, giusto?
Ma poi pensi che qui ci sia anche questa grande opportunità per la comunicazione, giusto? Molte delle informazioni presenti possono essere trasferite attraverso l'atto dell'allattamento al seno. E questa è una cosa molto importante di cui ci dimentichiamo quando la consideriamo semplicemente come un prodotto di consumo o semplicemente come qualcosa che serve per il fabbisogno energetico.
STROGATZ: Per quanto riguarda le informazioni qui, puoi darci un esempio di che tipo di informazioni? È una comunicazione bidirezionale? Stanno parlando tra loro?
GIOVANNI: Sì, ci sono prove che può essere in due sensi. Possono esserci informazioni sulla saliva nella saliva del bambino. Potete immaginare se ci fosse un virus o altre particelle che potrebbero interagire con la mammella o il seno. E poi anche qualunque cosa venga immessa nel latte attraverso i dotti lattiferi - quindi l'allattamento è la produzione di latte e poi l'espulsione del latte - quindi qualunque cosa venga espulsa lì dentro è qualcosa che potenzialmente il bambino consumerà e poi le cellule e gli organi del bambino può quindi elaborarlo. E parte di questa possiamo chiamarla informazione.
Potrebbero essere piccole molecole o altri segnali chimici davvero importanti per la crescita e lo sviluppo durante quel periodo di tempo. Stiamo ancora cercando di capire cosa siano perché vogliamo capire, sono necessari per la salute? Cosa succede quando non si vedono alcuni di questi segnali e come pensiamo di nutrire i bambini nel modo più ottimale con questo tipo di informazioni?
STROGATZ: Cominciamo ad esplorarne alcune. Ad esempio, parliamo semplicemente della variazione da persona a persona. È ovvio che gli ingredienti non sarebbero esattamente gli stessi da una persona all'altra. Forse cambierebbe il contenuto di grassi, oppure gli anticorpi che vengono trasferiti sono diversi. Ma il latte varia ancora di più da persona a persona? Diciamo, nel corso del tempo, nel corso dell'allattamento al seno?
GIOVANNI: Oh, sicuramente. L'esempio più famoso di questo è il colostro. Questo è un “primo latte”, ovvero un latte denso e ad alto contenuto proteico. Sembra una specie di oro, è come l'oro liquido ed è disponibile in quantità molto piccole. E questo è, nei primi istanti di vita, il nutrimento che il bambino riceve.
Ma poi, nei successivi cinque o sette giorni, c'è questa maturazione del latte, in cui si passa da questa sostanza molto densa di proteine a un tipo di latte acquoso e più zuccherino che potrebbe essere il latte che sosterrà la crescita nei prossimi mesi. . E quindi avviene questo processo biologico che è caratteristico dell'allattamento.
Ma secondo te, non credo che abbiamo nemmeno una comprensione di quanto latte possa variare da un individuo all'altro giorno per giorno. Ed è qualcosa che il mio laboratorio sta cercando di fare. Ad esempio, se guardassi il latte ogni singolo giorno di allattamento, è molto simile o sta cambiando in molti degli eventi della vita che possono accadere durante i primi sei mesi di vita?
Ci sono stati alcuni studi davvero sorprendenti che dimostrano che la dieta ha un’influenza. Quindi le cose particolari che finiscono nel latte possono dipendere da questo. E si può immaginare che ci siano alcune specificità regionali che consentirebbero ai latti di alcune popolazioni di apparire più simili rispetto ad altre popolazioni. Vedrai comunque variazioni, non solo tra individui, ma ci sono variazioni temporali individuali durante il giorno. C'è anche il momento della poppata. Quindi c'è un "latte anteriore" e un "latte secondario".
STROGATZ: Non conosco questi termini. Latte anteriore e latte posteriore?
GIOVANNI: Sì, quando un bambino si attacca, la poppata può durare dai cinque ai 30 minuti, o anche di più. E nel corso della poppata, la composizione dei macronutrienti del latte può cambiare. Il latte all'inizio della poppata avrà una composizione di macronutrienti diversa, e questo è il primo latte, rispetto al latte posteriore, che arriva alla fine della poppata. Lo chiamo sempre “il biofluido più interessante della natura” perché ci sono così tante complicazioni su come lo comprendiamo. Ma se li trattiamo nel modo giusto, impariamo davvero molte informazioni.
STROGATZ: Oh che bello. Non riesco a pensare a quale altro biofluido potrebbe rivaleggiare con lui. Il sangue è complicato, suppongo, ma il latte potrebbe essere il campione.
GIOVANNI: Sì. Mi piace mettere una parola per il latte. Ciò che è affascinante del latte, in termini di comprensione della salute umana, è che tutto ciò di cui hai bisogno per nutrire un bambino è in questa sostanza che possiamo quantificare. E possiamo guardare e non dobbiamo indovinare, le risposte sono lì. E poi abbiamo l’opportunità di decodificare alcune di quelle risposte man mano che miglioriamo nell’analisi del latte e nella comprensione delle domande giuste da porre.
Ma è molto diverso dal modo in cui forse io e te ci nutriamo, dove prendiamo le nostre decisioni, e potremmo prendere decisioni buone e decisioni sbagliate e queste potrebbero avere conseguenze buone o cattive sulla nostra salute. Ma quando pensiamo all'infanzia e pensiamo al latte umano, il bello c'è e dobbiamo solo capire il perché.
STROGATZ: Quindi prima hai menzionato la dieta del caregiver. E in realtà mentre ci sono, dico "caregiver" qui per includere le madri, ma teniamo a mente anche altre persone: balie, donatrici di latte materno, persone trans, chiunque potrebbe fornire latte.
GIOVANNI: Di solito dico badante o genitore che allatta. Quando guardi i nuclei familiari, c'è molto da fare. Quindi è davvero importante essere molto inclusivi nei confronti di tutto ciò che accade in questo periodo in cui pensiamo all'alimentazione dei bambini e a tutte le tante persone che allattano i bambini.
STROGATZ: Riguardo alla questione della dieta, in che modo la dieta della persona che si prende cura di lei influenza la composizione del latte prodotto?
GIOVANNI: Penso che stiamo ancora cercando di capire esattamente come funziona. Quindi puoi pensare a questo su scala macro. Nel mio laboratorio ci concentriamo sulla frazione grassa del latte. Nel latte umano, è una frazione affascinante da studiare perché è realmente responsabile di tutte le calorie. È anche responsabile di molte piccole molecole e segnali chimici che non sono stati quantificati e che sono estremamente importanti.
E quindi, quando pensiamo ai diversi tipi di grassi presenti nel latte, questi possono provenire da molti luoghi diversi. Possono essere sintetizzati nella mammella. Possono provenire dalla circolazione. Ma quelli che provengono dalla circolazione possono essere direttamente correlati a ciò che la madre o il genitore che allatta sta effettivamente consumando, perché ciò può cambiare il profilo di quali strutture di grassi sono presenti nel latte.
Forse alcuni dei più famosi sarebbero, diciamo, se mangi molti pesci grassi, acidi grassi polinsaturi, acidi grassi omega-3 e cose del genere. È possibile avere profili diversi di quelli presenti nel latte in base al consumo di tali nutrienti nella dieta.
Quindi stiamo imparando - e alcune persone stanno facendo un ottimo lavoro - che vogliamo un definitivo "sappiamo cosa hai mangiato". Sappiamo che è finito nel latte e sappiamo che è la cosa che sarà esposta al bambino. E penso che quando avremo gli strumenti per continuare a farlo sempre meglio, potremo capire meglio come ciò che mangiamo influisce sul modo in cui sintetizziamo il latte.
STROGATZ: Interessante. Sì, non avevo davvero pensato a come fosse uno sforzo di produzione di tutto il corpo. Non è solo la ghiandola mammaria. Hai menzionato la circolazione, ma ovviamente la dieta. Altre cose che dovremmo tenere a mente?
GIOVANNI: Ci sono molti fattori che influenzano l'allattamento e che lo rendono difficile o facile, come la salute del genitore. Anche ciò che accade in caso di infezione o di altre malattie o disturbi può influenzare ciò che viene contenuto nel latte.
E fatti anche un'idea migliore non solo dei nutrienti, ma cosa succede se prendi un Tylenol o se fai certe altre cose? C'è molto che stiamo ancora cercando di capire, ma penso che la cosa fantastica sia che abbiamo alcuni progetti su come porre quelle domande e ora le stiamo semplicemente ponendo.
STROGATZ: Quindi hai detto che gran parte del tuo lavoro in laboratorio ha a che fare con il contenuto di grassi. E in particolare, c'è una molecola o una classe di molecole di cui non avevo mai sentito parlare finché non ho provato a prepararmi a parlarvene. Lo dirò bene? «Sfingolipidi?»
GIOVANNI: Sì, hai detto bene. Stavo per dire: lo dirai bene? SÌ!
[STROGATZ ride]
GIOVANNI: Se lo scopo fosse quello di far conoscere a più persone gli sfingolipidi, sarebbe fantastico. Ha un nome davvero inquietante, ma in realtà è una classe di lipidi coinvolti in molti processi del corpo. Fanno parte della membrana cellulare. Possono agire come molecole strutturali e possono anche agire come molecole di segnalazione. Ma la cosa interessante degli sfingolipidi per noi è che si trovano nella frazione grassa del latte. Sono prodotti da alcuni microbi benefici e in noi esseri umani ci sono anche molti percorsi di segnalazione che possono effettivamente accettare questi segnali. Quindi, quando pensiamo a come la dieta, il microbioma e le interazioni dell'ospite supportano la salute, questo è forse uno dei metaboliti o dei segnali chimici che potrebbe darci alcuni di questi indizi.
STROGATZ: La parola stessa è un po’ scoraggiante e intimidatoria. Sfingolipidi. Perchè dovresti chiamarli così?
GIOVANNI: Sì, penso che tutto derivi da quanto fosse difficile studiare questi lipidi originariamente. Hanno la reputazione di essere molto sfuggenti ed enigmatici come la Sfinge. E così è rimasto, anche se ora è molto più semplice misurare alcuni di questi lipidi.
E man mano che sempre più persone accedono alla capacità di misurare gli sfingolipidi, scoprono come siano effettivamente collegati a così tanti aspetti della nostra biologia. E sono davvero importanti dal punto di vista meccanico in molti dei processi che stiamo cercando di capire. Una volta che impari la parola e conosci gli sfingolipidi, non puoi farli uscire dalla tua vita. Li vedrai ovunque andrai, quindi devi farmi sapere se è vero.
STROGATZ: Sembra avere un ruolo così sfaccettato e versatile. Hai detto che puoi usarli come elementi costitutivi, come componenti strutturali. Può essere utilizzato per comunicare informazioni. Può essere usato per costruire, come hai detto, le membrane cellulari?
GIOVANNI: Membrane cellulari, parte davvero importante della cellula. E penso che si possa anche dire che certe strutture degli sfingolipidi possono essere usate come segnali chimici tra le cellule, e anche tra i microbi e le cellule del corpo. E quindi questo è ciò a cui abbiamo davvero cercato di pensare, nel caso di come facciamo a sapere dove va qualcosa nella dieta.
Il mio laboratorio ha davvero cercato di pensare a come facciamo a sapere quali nutrienti interagiscono con il microbioma, in modo da sapere quali sono i microbi importanti che vengono influenzati dalla dieta, e poi quali sono le conseguenze di tali interazioni? Quindi abbiamo questi microbi che potrebbero assorbire e trasformare questi nutrienti. Cosa stanno producendo e in che modo ciò influisce sulla nostra salute? E penso che questo sia davvero importante nel contesto infantile, perché gran parte del latte è costituito da molecole che interagiscono con il microbioma intestinale del bambino.
Si stima che quasi il 10% della massa secca del latte umano serve per comunicare con il microbioma intestinale. E stiamo cercando di capire, ci sono più molecole che fanno questo? E quali sono le conseguenze quando non si hanno alcuni di quei segnali chimici che si verificano? Devono svolgere una sorta di funzione benefica, potresti postulare.
STROGATZ: Torneremo subito dopo questo messaggio.
[Pausa per l'inserimento dell'annuncio.]
STROGATZ: Bentornati a "The Joy of Why".
Quindi, se ho capito bene, la visione più ingenua era quella del latte come alimento. Ora stiamo vedendo che il latte non è solo il cibo per costruire denti e ossa forti e cose del genere. Quello che ho sentito da te è che questi sfingolipidi, solo come esempio delle fantastiche molecole presenti nel latte. Potrebbero essere un modo per la mamma a parlare con questi batteri che compongono il microbioma.
GIOVANNI: Forse sì, è quello che stiamo cercando di capire. E non solo sfingolipidi. Abbiamo anche esaminato forse il nutriente preferito o meno preferito da alcune persone, il colesterolo. Cose che quando consumiamo quei lipidi, interagiscono con il microbioma? E in che modo ciò che mangiamo determina la nostra salute?
E quindi siamo davvero nella fase in cui stiamo cercando di capire chi è importante e perché lo è in questo tipo di sistema. Quindi, quali batteri sono importanti per avere effetti sulla nostra salute e perché? Quali sono i meccanismi?
Allora, posso mostrarti una cosa?
STROGATZ: Oh, vuoi mostrarmi qualcosa?
GIOVANNI: Posso mostrarti una cosa, Steve? Perché penso che ciò che stiamo cercando di fare è fare in modo che tu possa effettivamente vedere ciò che accade.
GIOVANNI: Quindi quello che stiamo guardando qui è un'immagine del microbioma. E il microbioma è un insieme di microbi, e in questo caso si tratta di batteri. Quindi cose molto piccole. E questa foto è stata scattata con un microscopio che abbiamo in laboratorio.
E quello che potete vedere è che ci sono alcuni microbi che sono blu e altri che sono rossi. E quelli rossi sono quelli su cui siamo effettivamente riusciti a introdurre un'etichetta di una sostanza nutritiva. In questo caso è il colesterolo. E questo colesterolo è stato consumato. E poi possiamo seguire quell'etichetta. E l'etichetta diventa rossa. Quindi ogni microbo rosso che vedete ha assorbito il colesterolo. E chiunque sia blu non ha alcun interesse per il colesterolo in quel particolare momento.
STROGATZ: Stai parlando di un'etichetta nel senso di etichettatura radioattiva?
GIOVANNI: Lo stesso concetto, ma questa è fluorescenza. Quindi il rosso è una fluorescenza rossa. E questo per noi è importante perché ci consente di identificare effettivamente i microbi che interagiscono con ciò che mangi rispetto a quelli che non lo fanno.
STROGATZ: Molto bello. Vorrei solo sottolinearlo, perché gran parte della biologia riguarda il vedere cose difficili da vedere, ma è stato di enorme aiuto in neurobiologia, e ora a quanto pare in nutrizione, che qualcosa che era invisibile, tu - con questi trucchi di etichettatura - puoi ora monitora e guarda cosa sta succedendo.
GIOVANNI: Sì, è per questo che assegnano il Premio Nobel per queste cose, perché aiuta le persone come me a porsi le domande che vogliamo porre. Sembra davvero semplice, ma ci dà un piccolo indizio che stiamo andando nella giusta direzione. E poi possiamo chiederci molte cose che potrebbero non dipendere dal segnale fluorescente ma che ci permettono di entrare in alcuni dei percorsi chimici che ne sono coinvolti. E poi abbiamo macchinari dove possiamo separarli fisicamente e possiamo identificare tutti i microbi rossi.
E quindi potreste pensare che sia banale, ma in realtà ci aiuta davvero a gettare le basi per alcune delle domande di cui stiamo parlando. Questi nutrienti sono importanti per il microbioma? Se vengono consumati e trasformati, almeno stanno avendo una sorta di effetto.
STROGATZ: Ok, tutta la questione del microbioma forse non è così nuova per te. Ma molti di noi là fuori non hanno pensato davvero al microbioma fino a, non so, negli ultimi dieci anni o due o qualcosa del genere.
GIOVANNI: La cosa bella dello studiare il microbioma e dell'insegnarlo qui alla Cornell è che quando entri in una classe, le persone ti credono quando entri. Dicono: "Il microbioma è importante". Non devi venderlo. “La salute del mio intestino è tutta la mia salute”. Quando chiedo agli studenti in classe: “Quanti di voi hanno preso un probiotico?” oppure “Quanti avete fatto, quanti di voi hanno mangiato un prebiotico?”, tutte le lancette si alzano.
E quindi c'è la sensazione che sia molto importante, ma cosa è importante nello specifico? Che cosa mangiamo che ha effettivamente questi effetti? E quindi ci fa sapere... Sai, Steve, non lo so, hai mai preso un probiotico?
STROGATZ: Penso di avere. Lo conosco soprattutto perché li do spesso al mio cane, Murray.
GIOVANNI: SÌ. Quando Murray prende questi probiotici e cose del genere, come facciamo a decidere quale è quello benefico? Per dare queste risposte, dobbiamo iniziare dalle basi, ad esempio - non voglio semplificarlo troppo, ma: quali sono i microbi buoni e quali sono i contesti in cui agiscono a sostegno della salute e quali no? E quindi se vogliamo sapere che il probiotico che stiamo assumendo funzionerà per noi, penso che dobbiamo conoscere alcune di queste interazioni molto specifiche a livello molecolare e biochimico.
STROGATZ: Ora, conta che io mangi yogurt?
GIOVANNI: Che conta. Hai il tuo probiotico, prebiotico. Nelle scienze della nutrizione, pensiamo davvero a come la dieta e il microbioma siano molto ben collegati, perché a volte possono esserci dei microbi, ma hanno bisogno di determinati nutrienti per sopravvivere nell'intestino, e se non li fornisci, non ha senso prendendo quel probiotico potenzialmente.
E poi ci sono anche sostanze nutritive che potresti assumere e potresti pensare che abbiano un effetto benefico, ma se non hai i microbi che agiscono effettivamente su quella sostanza alimentare, allora non otterrai nemmeno quello effetto sulla salute. Il caso famoso sarebbe quello delle fibre alimentari.
Quindi ci chiediamo spesso “chi e cosa hanno fatto?” E questo in realtà ci dà molte informazioni su ciò che potrebbe essere importante per promuovere la salute quando pensiamo alle interazioni tra microbiomi e dieta.
STROGATZ: Quindi, parlando di fibre, lasciatemi spostare leggermente il discorso su uno studio diverso uscito dal vostro laboratorio e che ha a che fare con la diagnosi di malattie infantili in base alle loro feci [ride], se posso dirlo così.
GIOVANNI: Hai capito bene, Steve. Sei un genitore. Negli anni hai guardato diversi pannolini. Ed erano tutti uguali? No non lo erano.
E quando parliamo di nutrire i bambini e di prenderci cura dei bambini, una delle cose più importanti è che non sempre ti dicono di cosa hanno bisogno in un modo che tu possa capire. Ma c'è una grande quantità di informazioni in questi pannolini che sono fondamentalmente microbi e metaboliti. E se riusciamo a capire cosa sta succedendo qui, allora potremmo avere indizi su come cambia la salute del bambino in tempo reale. Allora forse la terapia potrebbe essere più reattiva, se avessimo più informazioni su cosa sia un pannolino sano rispetto a cosa sia un pannolino non così sano.
Forse tutti abbiamo cercato su Google: “Va bene il verde? Cosa sta succedendo qui?" In realtà è una delle ricerche genitoriali più popolari in circolazione. E pensiamo di poter mettere un po' più di rigore in questo perché abbiamo gli strumenti per determinare effettivamente se va bene o non va bene? La cosa bella è che non sei mai a corto di campioni. Quindi, il nostro gruppo e molti altri gruppi in tutto il mondo sono stati davvero in grado di iniziare a porre queste domande su “come comprendiamo la salute infantile?” attraverso lo sviluppo del microbioma nei primi mesi di vita.
STROGATZ: Qual è esattamente il tipo di studio che faresti? Quindi raccogli un po' di cacca e poi cosa faresti per analizzarla?
GIOVANNI: Possiamo isolare il microbo e poi usare il sequenziamento del DNA per capire qual è la classificazione di quel microbo. E poi possiamo anche osservare tutte le piccole molecole o sostanze chimiche presenti lì dentro. Quindi forse è una combinazione di cose che sono state digerite, cose che non sono state digerite, cellule intestinali. Possiamo anche misurarlo e provare a interpretare cosa potrebbe significare nel contesto infantile.
Uno degli esempi più famosi è che in alcune malattie epatiche infantili, i bambini smettono di produrre la bile. E quindi, se riesci a misurare la bile e c'è, allora fantastico, e se misuri la bile e non c'è, questo è indicativo. Inoltre, le feci assumono un colore completamente diverso quando la bile non è presente. Ma nel quotidiano, probabilmente ci sono molte informazioni che ci mancano, solo perché non siamo ancora riusciti a decodificarle.
STROGATZ: Va bene. Quindi sembra che potremmo dedicare molti spettacoli al microbioma stesso. Ma volevo tornare al latte, perché ci sono così tante cose affascinanti di cui discutere con te qui. Qual è il tempo tipico per nutrirsi in quel modo? Quando è il momento di passare ad altri tipi di nutrienti?
GIOVANNI: Questa è una bella domanda, perché penso che sia bene orientarsi. Pertanto le raccomandazioni dell’Organizzazione Mondiale della Sanità e del CDC prevedono l’alimentazione esclusiva con latte umano per sei mesi. E poi l'introduzione degli alimenti complementari. Persone diverse hanno modi diversi di farlo. Ma continuando a mantenere il latte come principale fonte di calorie per il bambino per un po', e poi l'introduzione del latte vaccino potenzialmente all'età di un anno. E poi anche l'incoraggiamento a qualsiasi allattamento con latte materno, se per te va bene. Quindi non c'è davvero un momento in cui devi necessariamente smetterla.
Ma penso che tu stia per farmi la domanda da trilioni di dollari: quali sono le conseguenze a lungo termine sulla salute dell'esposizione al latte umano rispetto all'esposizione al latte artificiale? Dando il latte ai bambini oggi, potrò evitare l'asma allergica tra cinque anni? Oppure ci sono processi di sviluppo che dipendono davvero dal tempo, che sono molto importanti, e sono queste cose che possono portare alla salute per tutta la vita? E potremmo effettivamente determinare quali sono in modo che siano presenti in ogni singola forma di alimentazione infantile? Penso molto a questo, a ciò che è importante.
Anche da genitori pensate: “Cavolo, se ieri me li sono fatti cadere in testa, era importante? Oppure no?» Oppure “No, l’hanno leccato da terra! Era importante?" Quali sono le cose di cui devo davvero preoccuparmi in termini di creazione dell'ambiente giusto per prepararli al successo in futuro?
E la risposta probabilmente è che i bambini sono molto robusti, quindi forse ci preoccupiamo più di quanto dovremmo.
STROGATZ: Ed è troppo presto per rispondere a queste domande sugli effetti a lungo termine? L'argomento è troppo giovane o abbiamo già qualche indizio?
GIOVANNI: Penso che ci siano alcuni indizi. Voglio dire, ci sono studi epidemiologici che hanno correlazioni tra modalità di alimentazione e risultati o persino composizione del microbioma in base alla modalità di alimentazione e ai risultati. Ma penso che sia troppo presto perché questi studi sono estremamente difficili da fare. Ciò che è veramente impegnativo in alcuni studi è che nutrire i bambini è molto difficile.
Di solito non è come il latte umano contro la formula o questo contro quello. Ci sono tempi diversi, ad esempio potresti essere andato a tre mesi, o potresti essere andato a sei mesi, o potrebbe esserci un'alimentazione esclusiva per un mese.
Ci sono così tante variazioni che dobbiamo catturare se vogliamo davvero rispondere adeguatamente a queste domande. E poi dobbiamo essere in grado di seguire i gruppi molto intensamente per un lungo periodo di tempo per iniziare ad affrontare alcune di queste domande. Ciò richiede molte risorse.
STROGATZ: Quindi, in un contesto più ampio del semplice latte umano, cosa succederebbe se parlassimo di altri tipi di latte di mammiferi? Ad esempio, molti di noi bevono sempre latte vaccino, e quanto è diverso? Il latte di altri animali svolge lavori che il latte umano non fa e viceversa?
GIOVANNI: Sì, penso che ci siano alcune somiglianze, ma ci sono molte differenze. Se pensate alla funzione del latte, è quella di far crescere un bambino di quella particolare specie, e le mucche e i bambini hanno dimensioni diverse e hanno traiettorie di crescita diverse. Quindi puoi immaginare che ciò possa riflettersi nel latte.
Quindi, quando pensi al latte vaccino, più ricco di proteine, rispetto al latte umano, molto ricco di carboidrati. Esistono diverse strategie per il trasferimento dei nutrienti nelle diverse specie di latte animale. Ma il latte vaccino contiene molte delle cose che costituiscono gli elementi costitutivi del latte umano. Quindi, quando pensiamo all’utilizzo del latte vaccino come alternativa, può avere molto senso.
STROGATZ: Quindi in genere beviamo latte pastorizzato. Ci sono persone che non lo fanno, giusto? Immagino che la differenza sia che, se è pastorizzato, hai ucciso tutti o la maggior parte dei microbi che accompagnano il viaggio. Potresti avere ancora alcuni nutrienti.
GIOVANNI: E c'è il latte di donatore umano pastorizzato. Quindi c'è un'intera riflessione su come pensiamo al latte donato e quali sono i fattori vivi nel latte donato e anche le cose che possono essere denaturate con il calore. Le molecole possono cambiare la loro conformazione in diversi tipi di metodi di pastorizzazione. Ci sono un sacco di persone davvero intelligenti là fuori che pensano a quali saranno le conseguenze di tutto ciò.
STROGATZ: Un altro che sono sicuro sia nella mente di molti dei nostri ascoltatori ha a che fare con l'intolleranza al lattosio. Ho letto da qualche parte che la capacità degli esseri umani adulti di scomporre il lattosio, che è, ovviamente, lo zucchero principale nel latte animale, è una caratteristica relativamente moderna. Solo circa 6,000 anni fa abbiamo iniziato a essere in grado di farlo. Storicamente, solo i neonati possedevano l’enzima lattasi che permetteva loro di digerire il latte materno.
Quindi, immagino che la mia domanda sia: se gli adulti di 10,000 anni fa non potevano affatto bere latte, ma ora la maggior parte di noi può, con poche eccezioni, abbiamo idea di cosa abbia innescato questo cambiamento? Pensiamo che ci sia qualche mutazione genetica che sia stata favorevole e abbia cominciato a propagarsi?
GIOVANNI: Sì. Quello che ho capito è che la lattasi è sotto un promotore neonatale. Quindi questo è un gene che verrà espresso durante la fase infantile, e poi si spegne. Ma poi puoi avere una mutazione che non lo spegne. E ciò può consentire l’espressione della lattasi in età adulta. Alcune persone hanno fatto un ottimo lavoro sulla diffusione di questa particolare abilità basandosi sul tracciamento della genetica di questa particolare mutazione. Alcuni dei tuoi microbi possono anche metabolizzare il lattosio. Riportandolo al microbioma intestinale, in che modo è coinvolto nella persistenza della lattasi e simili.
STROGATZ: Interessante. Ne hai già parlato un po', ma hai parlato del latte in confronto al latte artificiale. Sicuramente molti genitori o tutori ci penseranno. La tua ricerca ci fornisce qualche indicazione su questa importante conversazione?
GIOVANNI: Sì, penso che se vieni nel mio laboratorio, Steve, abbiamo analizzato ogni tipo di formula su cui possiamo mettere le mani. Parliamo di latte artificiale come una cosa, ma esistono molte formulazioni diverse. Quindi nel nostro laboratorio quantifichiamo il latte che otteniamo e quantifichiamo anche tutte le formule che gli operatori sanitari potrebbero utilizzare.
E si possono vedere molto chiaramente le differenze nei profili nutrizionali tra i diversi tipi di latte artificiale e anche tra latte artificiale e latte umano, e cercare davvero di capire se esiste un insieme essenziale di nutrienti a cui il microbioma deve essere esposto. Qualunque cosa dai da mangiare a un bambino, la misureremo in laboratorio.
Il motivo per cui è così difficile parlare dell'argomento è che tutti valutano. Ad esempio, ho tenuto questo discorso alla riunione del Pew e dopo la gente mi ha chiesto: “Quale formula? Cosa ho fatto?" "Ho chiamato mia moglie e le ho detto che stiamo sbagliando tutto!" E non voglio che questo sia il messaggio. Voglio che il messaggio sia più che le persone stanno facendo le cose bene. E volevamo solo più informazioni.
STROGATZ: So che qui ci sono questioni importanti in gioco per la medicina, per la popolazione, per la salute pubblica, per ogni genere di cose. Ma proprio in termini di piacere di essere uno scienziato, cos'è che ti dà gioia nella tua ricerca?
GIOVANNI: Oh, wow, così tante cose. Arrivare a porre le domande che riteniamo interessanti. E poi anche lavorare con il team di scienziati con cui lavoro. Vedere la creatività e anche la resilienza perché queste domande sono difficili.
[Giochi a tema]
La foto che volevo mostrarti, il giorno in cui l'abbiamo scattata, stavamo lì a guardare lo schermo del computer e ho pensato: “È questo? È questo ciò che pensiamo che sia?” Questo tipo di entusiasmo guida davvero gran parte del duro lavoro che svolgiamo in ciò che facciamo.
STROGATZ: È fantastico. Grazie mille. Quindi abbiamo parlato con la biologa molecolare della Cornell Liz Johnson. Grazie ancora, Liz, per questa interessante conversazione sul latte e sul microbioma.
GIOVANNI: Grazie mille, Steve, per avermi ospitato.
[Giochi a tema]
STROGATZ: Grazie per aver ascoltato. Puoi trovare altri contenuti, inclusa l'immagine di Liz sull'etichettatura della fluorescenza nel microbioma, su Quanta Magazine dot org [quantamagazine.org].
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"The Joy of Why" è un podcast di Quanta Magazine, una pubblicazione editorialmente indipendente supportata dal Fondazione Simons. Le decisioni di finanziamento della Simons Foundation non hanno alcuna influenza sulla selezione di argomenti, ospiti o altre decisioni editoriali in questo podcast o in Quanta Magazine.
“The Joy of Why” è prodotto da Produzioni PRX; il team di produzione è composto da Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler e Merritt Jacob. Il produttore esecutivo di PRX Productions è Jocelyn Gonzales. Morgan Church e Edwin Ochoa hanno fornito ulteriore assistenza.
Da Quanta Magazine, John Rennie e Thomas Lin hanno fornito una guida editoriale, con il supporto di Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana e Madison Goldberg.
Il nostro tema musicale proviene da APM Music. Julian Lin ha inventato il nome del podcast. La grafica dell'episodio è di Peter Greenwood e il nostro logo è di Jaki King e Kristina Armitage. Un ringraziamento speciale alla Columbia Journalism School e a Bert Odom-Reed dei Cornell Broadcast Studios.
Sono il tuo ospite, Steve Strogatz. Se avete domande o commenti per noi, inviateci un'e-mail a [email protected].
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