Il microbioma, che è il patrimonio genetico delle popolazioni batteriche che albergano dentro di noi e con le quali ci siamo co-evoluti, è così diverso da persona a persona da essere considerato unico per ciascuno individuo. Questo complica notevolmente gli sforzi della ricerca di approcci di salute preventiva o, addirittura, di un suo uso controllato a scopo terapeutico. I trattamenti personalizzati basati sul microbiota sono, infatti, la grande promessa della ricerca ma al momento davvero poco è entrato nella pratica clinica.

Ogni microbioma è diverso

Molti passi sono stati compiuti: “Le grandi categorizzazioni delle famiglie di batteri buoni o cattivi sono in parte superate e bisogna andare a vedere i singoli ceppi presenti in ciascuno di noi. Ogni microbiota si è plasmato nel tempo, a partire dalla nascita, e cambia con l’età, l’alimentazione, gli stili di vita e anche le persone che frequentiamo. Quindi, il microbioma dice qualcosa di ciascuno di noi” spiega Nicola Segata, professore di Genetica e responsabile del laboratorio di metagenomica computazionale del Dipartimento Cibio dell’Università di Trento che interverrà a Bergamo Scienza sabato 18 ottobre alle ore 11:00 come una lezione dal titolo Cosa dicono i batteri di noi. “La vera sfida sta nel decodificare tale unicità per sfruttarla per approcci di salute personalizzata, aspetti che avranno un impatto sempre più importante nelle nostre vite”.

La metagenomica

Individuare le caratteristiche necessarie e sufficienti di un microbiota sano è obiettivo ambizioso, tanti e diversi sono i fattori che lo influenzano. Per studiarlo servono grandi poteri computazionali e investimenti notevoli per la raccolta di campioni e di dati da un gran numero di persone. Il segreto, però, sta nell’uso delle tecniche di metagenomica: “Immaginatele come un microscopio computazionale in cui vedere, ma in modo indiretto, i batteri. Estraiamo il materiale microbico e lo sequenziamento, con la stessa metodica usata nel genoma umano” spiega Segata che da quindi anni cerca di “interpretare in maniera sempre più precisa, estraendo un significato, questi big data. Di una trentina di persone che compongono il mio team, 25 sono bioinformatici. Le grandi famiglie batteriche le vedevamo già quindici anni fa, ora siamo arrivati alla risoluzione di singoli ceppi. Il grande sforzo, reso possibile da queste moderne tecniche di intelligenza artificiale, è quello di vedere le differenze individuali nella composizione del microbiota e associarle a potenziali malattie o differenze fenotipiche. Inoltre, ancora un terzo di quello che vediamo è non noto, senza nome”.

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Batteri buoni

Per valutare il benessere del microbiota, oltre alla sua varietà, è molto importante guardare alla funzione dei singoli ceppi batterici. Uno studio del team di Segata apparso su Nature Microbiology ha analizzato i campioni biologici di 21.561 tra vegani, vegetariani e onnivori di Stati Uniti, Regno Unito e Italia e ha scoperto che il modello dietetico ha una forte influenza sul microbioma intestinale e su specifici microbi intestinali che sono associati a una salute migliore. I carnivori hanno più batteri negativi, come il Ruminococcus torques e il Bilophila wadsworthia, associati a malattie infiammatorie intestinali e a un aumento del rischio di cancro al colon. I microbiomi di quelli vegani si differenziano per un numero maggiore di batteri coinvolti nella fermentazione delle fibre, come i Bacteroides e i Firmicutes, che aiutano a produrre acidi grassi a catena corta, come il butirrato.

Microbiota moderno

Sono in crescita anche le evidenze di un’associazione tra la moderna dieta fatta di cibi ultraprocessati ricci di additivi e ad alta densità calorica e un microbiota di tipo proinfiammatorio. “Analizzando il microbiota di Ötzi per capire come esso è cambiato nel corso dell’evoluzione umana, è emerso che la composizione del suo microbiota è simile a quella di alcune popolazioni nomadi non occidentalizzate” spiega Segata.

Ormai sappiamo che le drastiche modifiche del nostro stile di vita ha portato alla perdita, a livello di popolazione, di alcuni ceppi batterici che ci avevano accompagnato per centinaia di migliaia di anni di storia umana. “Questo ha sicuramente degli effetti sulla nostra fisiologia, che sono mediati dal microbiota intestinale e che sono coinvolti ad esempio nell’aumento delle malattie metaboliche e autoimmuni”.

Causa o effetto?

La presenza di certe firme microbiche è indice o causa di malattia? “Il microbiota è coinvolto in quasi tutti i processi umani, pur in diversa misura. Ogni malattia va considerata in modo diverso” è la premessa di Segata. “Non possiamo separare il microbioma dal nostro organismo, è un unico ecosistema complesso, quindi molto spesso la causa ed l’effetto sono legate: noi perturbiamo l’equilibrio del sistema unico e ciò può innescare la malattia. Inoltre, solo alcune malattie sono associate casualmente a un unico ceppo batterico. Ad esempio, l’Escherichia coli, danneggiando il Dna umano nell’intestino, aumenta il rischio di alcuni tumori al colon retto”.

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Nutrizione varia

Alcune delle differenze genetiche che si osservano all’interno delle specie batteriche che compongono il microbiota sono associate con indicatori di salute dell’ospite, come lo stato metabolico, malattie croniche e stile di vita. “Qui c’è un grande potenziale di intervento, dal momento che il microbioma, a differenza del corredo genetico dell’ospite, è modulabile” continua Segata che, dovendo dare una regola comportamentale, dice: “A contare è la varietà di cibi a base vegetale di cui ci nutriamo, perché essi a loro volta vanno a nutrire diversi ceppi batterici dalle diverse funzioni, delle quali potremmo beneficiare. La vera sfida, di nuovo, è di ragionare a livello di singolo individuo e non di popolazione”. Il team di Segata è parte di una collaborazione internazionale che sta indagando il legame tra dieta, microbiota e malattie cardiometaboliche in 300mila persone nel Regno Unito e negli Usa.

Le relazioni sociali

I nostri batteri dicono molto di noi e anche delle nostre relazioni sociali. “Uno studio condotto su gli asili nido mostra che dopo 4-5 mesi di frequentazione le bambine e i bambini, che in partenza avevano un microbiota molto diverso gli uni dagli altri, avevano sviluppato più batteri in comune tra loro, che con i loro genitori. Circa un 20% del loro microbiota era stato acquisito all’asilo”. Altri studi in corso riguardano l’influenza della frequentazione scolastica, degli spazi all’aperto e degli animali, evidenziandone i benefici sulla composizione batterica. Ma conoscere i meccanismi di trasmissione del microbiota ha molta importanza anche per comprendere a fondo la trasmissione di malattie, come quelle autoimmuni, così legate ai nostri piccoli ospiti.