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Chi studia il microbiota e perché?

Un viaggio nel tempo e nella tecnologia alla scoperta dei microrganismi che abitano il nostro intestino, delle relazioni che li legano alla nostra salute e di chi si occupa di raccogliere tutte queste informazioni.

 

Occhi puntati sul “super-organismo”

“Sappiamo ancora poco sui meccanismi che regolano le relazioni tra microbi e il loro ospite e la situazione resterà tale finché non saremo in grado di comprendere meglio la struttura e la biochimica di questo ecosistema”. Lo scriveva nel 1977 Dwayne Savage in un articolo pubblicato sulla rivista Annual Review of Microbiology nel quale veniva descritta “L’ecologia microbica del tratto gastro-intestinale”.

Da allora sono stati fatti enormi passi avanti nella conoscenza dei microrganismi che convivono con l’uomo fin dalla sua nascita, colonizzandone l’intestino. E il tema continua ad attirare l’attenzione dei ricercatori di tutto il mondo. Non per niente cercando nella letteratura scientifica si nota che il numero di articoli pubblicati sull’argomento è in continua crescita, tanto che oggi si superano le 1.000 pubblicazioni/anno.

 

Un rapido sguardo ai risultati principali di tali ricerche può dare l’idea di quanto complessa sia la comunità del microbiota intestinale:

  • ci sono oltre 1014 (100.000 miliardi!) cellule microbiche, un numero che supera quello totale delle cellule dell’organismo umano;
  • il materiale genetico (ovvero i geni) del microbiota – che formano il cosiddetto microbioma – supera di circa 100 volte quello umano;
  • sono state identificate oltre 2.100 diverse specie;
  • il microbiota comprende batteri, ma anche altri microrganismi come virus, funghi o protozoi.

 

Ecco perché, parlando di microbiota si cita spesso un “super-organismo”, ovvero di un insieme di entità più piccole che, assieme a chi li ospita, formano un tutt’uno, una macchina che funziona solo se queste sue parti sono in buona salute.

 

Tanti gli strumenti, tante le sfide

Ma “chi sono” questi microrganismi? Quali le loro potenzialità? E cosa fanno realmente?

I ricercatori di tutto il mondo da anni cercano di rispondere a queste domande attraverso approcci differenti, legati imprescindibilmente ai recenti progressi tecnologici.

 

  • Coltura batterica. È la tecnica più antica e consiste nel far crescere in laboratorio i microrganismi per poi studiarli in dettaglio. Sembra però che solo l’1% del microbiota possa essere studiato così: alcuni batteri infatti vivono solo in assenza di ossigeno e non resisterebbero in laboratorio, altri invece riescono a vivere solo assieme ad altre specie e non possono essere “isolati” senza comprometterne la sopravvivenza.
  • Sequenziamento del materiale genetico. È la tecnica più utilizzata oggi, anche grazie ai costi sempre più bassi e alla velocità delle moderne metodologie, primo tra tutti il cosiddetto New Generation Sequencing. Consiste nell’analizzare direttamente il materiale genetico dei microbi prelevati dall’intestino e partire da lì per catalogare i diversi microrganismi presenti.
  • Tecniche “-omiche”. Attraverso la meta-genomica si raccolgono informazioni sui geni presenti nel patrimonio genetico dei microrganismi, mentre con la meta-trascrittomica si cercano quelli davvero espressi. La meta-proteomica permette di capire quali proteine vengono prodotte dal microbiota, mentre la meta-metabolomica va ad analizzare anche altre sostanze che derivano da questi microrganismi. Grazie a software di analisi molto sofisticati è possibile tirare le fila di questi esperimenti che generano miliardi di dati e riuscire anche a fare ipotesi sul ruolo del microbiota.

 

Le potenzialità di queste analisi sono enormi, ma altrettanto grandi sono le sfide che complicano il lavoro di chi le utilizza. La raccolta del campione di partenza può rappresentare un problema: a seconda di come lo si raccoglie e lo si conserva il campione potrà infatti dare origine a risultati diversi. Come se non bastasse alcuni dettagli tecnici, come il tipo di analisi dei risultati o di classificazione, può rendere difficile confrontare i risultati ottenuti in diversi esperimenti.

E non dimentichiamo che il microbiota è una comunità dinamica, la cui composizione è influenzata pesantemente da molti fattori, primo tra tutti il nostro stile di vita. 

 

I grandi progetti di studio

Resta da capire chi si occupa sul campo di queste ricerche. Ad oggi, i maggiori progressi nella conoscenza del microbiota sono legati a grandi progetti che coinvolgono più centri di ricerca e dispongono di tecnologie avanzate e finanziamenti corposi.

  • Progetto microbioma umano (Human Microbiome Project). Senza dubbio uno dei primi e più noti progetti per lo studio del microbiota. Iniziato ormai 10 anni fa grazie alla spinta e al contributo degli statunitensi National Health Institutes, il progetto ha già portato alla pubblicazione di oltre 650 articoli scientifici e ha contribuito a creare una enorme banca dati nella quale sono contenute informazioni relative al patrimonio genetico del microbiota di circa 3.000 persone sane. La seconda parte del progetto, iniziata qualche anno più tardi punta invece a studiare più in dettaglio il legame tra microbiota e alcune patologie come le malattie infiammatorie intestinali e il diabete di tipo 2.
  • Progetto microbioma italiano. Un progetto di ricerca nato con l’obiettivo di “compilare un atlante delle specie batteriche caratteristiche della popolazione italiana” e rappresenta un esempio della cosiddetta citizen science, una scienza aperta ai cittadini. In questo caso non c’è un finanziamento da una struttura privata o da un ente di governo, ma ci si basa sul contributo dei singoli partecipanti. Sul sito del progetto sono disponibili tutte le informazioni per poter contribuire alla ricerca.
  • International Human Microbiome Consortium. Un consorzio che riunisce esperti che lavorano sul microbioma in tutto il mondo. Lo scopo principale è fornire l’opportunità di lavorare seguendo principi e politiche comuni e di condividere conoscenze sul microbiota umano e i suoi effetti sulla salute umana.

 

 

1.Savage DC. Ann.Rev. Microbiol. 1977; 31:107-33

2.Hornung B, et al. Genes & Nutrition 2018; 13:5

3.Thursby E & Juge N. Biochemical Journal 2017; 474:1823-1836

4.Panek M, et al. Scientific Reports 2018; 8:5143

5.NIH. Human Microbiome Project. https://commonfund.nih.gov/hmp

6.Progetto Microbioma Italiano. http://progettomicrobiomaitaliano.org/home/

7.International Human Microbiome Consortium. http://www.human-microbiome.org

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