Pubblichiamo oggi il contributo della dottoressa Maria Cristina Belfiore sul progetto microbioma umano
Dopo aver terminato un ambizioso progetto, quello del sequenziamento del genoma umano, ecco che appare la nuova sfida, il sequenziamento del microbioma (the Human Microbiome Project negli Stati Uniti e il Metagenomics of Human Intestine detto metaHIT in Europa), e cioè delle sequenze geniche delle popolazioni microbiche che colonizzano il nostro tratto digerente e che costituiscono nel complesso il miocrobiota.
Conoscere le funzioni del microbioma comporta un cambiamento di prospettiva: la nostra vita e la nostra salute risultano programmate non solo attraverso le sequenze del DNA, ma dipendono anche dalle variazioni epigenetiche che il microbiota attua sull’espressione dei nostri geni: l’analisi meta-genomica (ossia l’utilizzo di tecniche genomiche moderne per lo studio di una comunità microbica nell’ambiente naturale in cui si trova a vivere) mostra come molti geni microbici codifichino per funzioni attualmente non note.
In questa prospettiva il corpo appare costituito da una minoranza di cellule somatiche e da un meta-organismo composto da una miriade di cellule microbiche (non solo batteri ma anche funghi, lieviti e perfino virus come batteriofagi): siamo un aggregato di geni umani e geni microbici, il nostro metabolismo e quello delle specie che ci abitano si intrecciano, interagiscono ed evolvono parallelamente.
La distribuzione di tale mondo invisibile a occhio nudo ma di importanza strategica riguarda la pelle, la bocca, l’esofago, lo stomaco, il colon, la vagina, l’apparato respiratorio.
In particolare, in nutrizione interessa descrivere e conoscere il microbiota legato alla funzione digerente e all’assorbimento: in ogni individuo troviamo da 1013 a 1014 microrganismi che contengono 100 volte più geni rispetto al nostro genoma. Se studiamo la distribuzione del microbiota nell’apparato digerente scopriamo che i microbi, soprattutto i batteri, si trovano sullo strato esterno del muco di rivestimento e, insieme a esso e alla mucosa, formano la barriera mucosa che difende il nostro corpo. Lo strato mucoso varia di spessore dall’esofago al colon: è più sottile del duodeno, nel digiuno e nell’ileo, dove i batteri vengono in contatto con l’intestino e con il nostro sistema immunitario, mentre è più spesso nel colon dove si trova la maggior parte di specie batteriche; nello stomaco troviamo Lattobacilli e Streptococchi.
La gran parte del microbiota del sistema digerente è costituito da batteri estremofili ed anaerobi, per questo motivo non era stato possibile mantenerli prima in coltura e individuarli (è importante sottolineare che addirittura l’80% delle sequenze geniche analizzate appartengono a specie batteriche mai coltivate prima). Tali specie sono state identificate di recente grazie a tecniche di microbiologia molecolare e al sequenziamento dei 16S rDNA (un tratto di DNA da cui viene trascritto un RNA che non produce proteine, ma va a costituire un pezzo del ribosoma del batterio, la sua fabbrica di proteine).
Tali studi evidenziano la presenza di due principali raggruppamenti: i Bacteroidetes e i Firmicutes comprendenti migliaia di ceppi differenti. Altre divisioni presenti nei campioni analizzati (sia nelle feci, sia nei campioni di mucosa intestinale) sono la divisione dei Verrucomicrobia, quella dei Proteobacteria, Fusobacteria, Actinobacteria.
Sono stati inoltre identificati tre diversi enterotipi umani in base alla prevalenza di alcuni generi di microrganismi: il primo Bacteroides, il secondo Prevotella, il terzo Ruminococcus.
Tuttavia la composizione nelle singole specie microbiche varia molto tra individui diversi e all’interno dello stesso individuo la comunità tipica rappresenta un tratto distintivo e caratterizzante: il microbiota di un individuo si insedia a partire dalla nascita, nei primi 4-36 mesi di vita, a seguito del contatto con i genitori e l’ambiente esterno e contemporaneamente allo sviluppo di un sistema immunologico intestinale.
Da tale nucleo di base individuale varie modifiche continuano a osservarsi nei diversi stadi della vita o se si instaurano particolari condizioni patologiche.
Il Progetto Microbioma Umano sta cercando di stabilire se all’interno di una elevata variabilità nella sequenza del microbioma individuale sia possibile trovare una stabilità di funzione che garantisca un set base di reazioni biochimiche.
Anche il cibo ha un ruolo fondamentale nel determinare la composizione individuale del microbiota: da qui l’idea di intervenire sul nostro stato di salute ripristinando condizioni di equilibrio eventualmente compromesse attraverso un’alimentazione funzionale e una terapia microbica specifica che faccia uso di probiotici (microrganismi) con differenti azioni, usati come singoli ceppi o in combinazione tra di loro.
Tali possibili prospettive di cura necessitano di studi ulteriori, ricerche e tecniche di analisi a basso costo da applicare alla pratica ambulatoriale, che chiariscano ancora meglio la composizione del microbiota, le differenti azioni dei vari probiotici, le interazioni tra dieta e microbiota, il tipo particolare di disbiosi su cui si vuole intervenire e quindi una maggiore conoscenza della funzione del singolo microrganismo e di come questo sia in grado di modulare la genetica dell’ospite.
Dottoressa Maria Cristina Belfiore
Fonti:
- Eckburg PB, et al. — Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora — Science. 2005 June 10; 308(5728): 1635–1638
- Hattori M, Taylor TD — The Human Intestinal Microbiome: A New Frontier of Human Biology — DNA Res. 2009 Feb;16(1):1-12. doi: 10.1093/dnares/dsn033
- Arumugam M, et al. — Enterotypes of the human gut microbiome — Nature. 2011 May 12;473(7346):174-80. doi: 10.1038/nature09944