Le meraviglie del microbiota

Tra il nostro stomaco e il nostro inte­stino vivono e si moltiplicano alcune centinaia di migliaia di miliardi di mi­croorganismi. Sono soprattutto batteri, ma anche virus, funghi, protozoi. Tutto questo complesso di esseri viventi viene chiamato microbiota. I genomi di questi microorganismi presi collettivamente prendono invece il nome di microbioma. Teniamo bene a mente questi termini perché nei prossimi anni ne sentiremo parlare sempre più spesso.
Il microbiota, infatti, è ormai considera­to un altro organo del nostro corpo. Se riflettiamo sul fatto che il genoma umano consiste di 23.000 geni mentre il micro­bioma di oltre tre milioni e che a loro vol­ta questi geni producono migliaia di me­taboliti che in alcuni casi sono in grado di rimpiazzare molte funzioni dell’ani­male ospite, capiamo anche che quello di cui stiamo parlando è un organo virtuale, sì, ma ricco e di un certo peso. Il fatto che gli animali, tra cui anche gli esseri umani, ospitino molti microorganismi è risapu­to almeno da quando il naturalista olan­dese Antoni van Leeuwenhoek inventò il microscopio nel XVII secolo e cominciò a guardare il mondo dei viventi attraver­so le sue lenti. Tuttavia, per molto tempo si pensò che queste piccolissime forme di vita non avessero alcun particolare signi­ficato per gli animali su cui vivevano, o, al più, fossero portatrici di malattie. Per centinaia di anni la salute degli individui è stata così associata all’assenza di micro­organismi. Le cose sono molto cambiate negli ultimi tempi, da quando si è visto che lo sviluppo e, per così dire, la manu­tenzione del nostro organismo dipende proprio dal microbiota e dal suo genoma.
Cosa fa questo organo virtuale e perché è così importante? Il primo servizio reso riguarda la nutrizione e la difesa dell’or­ganismo dai suoi nemici naturali. In par­ticolare, il microbiota intestinale svolge funzioni essenziali per la fermentazione di prodotti non digeribili come le fibre alimentari che ingeriamo e il muco inte­stinale che produce il nostro organismo. Questa fermentazione permette la cresci­ta di microbi specializzati che a loro vol­ta producono acidi grassi a catena corta (SCFA) e gas. Gli SCFA hanno mostrato di avere un ruolo importante in diver­si campi, come ad esempio il controllo dell’appetito, il bilanciamento dell’ossi­geno, l’omeostasi energetica.
Il microbio­ta intestinale sembra collegato anche allo sviluppo e alla progressione dell’obesità: molti studi hanno mostrato che persone sovrappeso e obese hanno una disbiosi, ovvero uno squilibrio nella popolazione di microbi ospitati nel nostro corpo, in particolare una ridotta diversità del mi­crobiota, ovvero un minor numero di specie di microorganismi. Una diversità di specie più ridotta del normale è stata osservata anche in persone con malattia infiammatoria intestinale, artrite psoria­sica, diabete di tipo 1 e di tipo 2, eczema atopico, celiachia, rigidità delle arterie.
Si è poi visto che i pazienti con cancro trat­tati con immunoterapia, i pazienti sotto­posti a trapianto di midollo e quelli con malattie autoimmuni sotto trattamento con farmaci biologici possono presenta­re una risposta diversa alle cure in base a cambiamenti anche piccoli del loro mi­crobiota.
Insomma, non c’è dubbio che i micro­organismi che ospitiamo hanno una im­portanza determinante per la nostra sa­lute. Ma c’è di più. Si è visto infatti che il microbiota gioca un ruolo centrale in tre processi che tradizionalmente sono sta­ti utilizzati per definire l’identità di ogni essere umano, il proprio sé: il sistema immunitario adattivo (che discrimina tra self e non self, ovvero tra le molecole che appartengono all’organismo e quelle che gli sono estranee); le funzioni cerebrali che sono alla base della personalità e dei processi cognitivi delle persone; la sequenza del genoma di un in­dividuo.
Se questo è vero, però, la questione trascende la biologia e sconfina nella filosofia: noi, esseri umani, siamo realmente individui separati da tutto il resto?
Il nostro con­cetto di noi stessi sembra possa essere travolto da un eserci­to di microorganismi. Vediamo come questo può accadere partendo dal sistema immunitario. Il microbiota vive con questo sistema un rapporto “bidirezionale”, nel senso che il sistema immunitario controlla e pattuglia le varie parti dell’organismo con dei sensori che percepiscono la presen­za di microbi. Ma questi microbi sono fondamentali per la maturazione del sistema immunitario inviando segnali utili per la sua regolazione.
Il microbiota ha dimostrato di avere un ruolo importan­te nel controllo di diversi compartimenti dell’immunità. Sappiamo infatti che l’immunità acquisita o adattiva può essere divisa in immunità cellulo-mediata, ovvero quella che non coinvolge gli anticorpi ma è mediata da cellule come i linfociti, e immunità umorale o anti-corpale, ovvero quella che è mediata da molecole circolanti come gli anticorpi che riconoscono a aiutano ad eliminare gli antigeni. Ebbene, il microbiota agisce su entrambe queste forme di immunità, da un lato favorendo l’espansione di linfociti che limitano la risposta dell’organismo e, dall’altro, promuovendo l’e­spansione delle IgA, le immunoglobuline protettive delle mucose, e inibendo le IgE, le immunoglobuline che me­diano molte risposte allergiche. Benché molti aspetti del complesso dialogo tra il microbiota e il sistema immunita­rio adattivo siano ancora poco chiari, è chiaro tuttavia che il microbiota è parte del processo che, da un lato, definisce il fatto che l’organismo riconosce uno specifico schema molecolare come diverso da sé e, dall’altro, determina la forza con cui quell’organismo risponde a ciò che è diverso da sé. Da un punto di vista immunologico, il sé non è più dunque un tratto distintivo dell’essere umano, ma il prodotto di interazioni complesse tra le cellule umane e una moltitudine di cellule dei mi­crobi. Detto in altri termini, ciò che tradizionalmen­te abbiamo finora chiamato self dipende da ciò che tradizionalmente abbiamo chiamato non-self . Una scoperta a dir poco inquietante.
Ancora più inquietante è scoprire che gli effetti prin­cipali del microbiota e del suo microbioma sul siste­ma nervoso sembrano essere relativi ad alcune carat­teristiche del nostro comportamento.
Studi compor­tamentali condotti sui roditori, infatti, hanno messo in relazione modificazioni nel microbiota intestinale con funzioni cognitive, comportamenti sociali e ri­sposte allo stress come ansia e depressione. Inoltre, analisi anatomiche ed elettrofisiologiche attualmente in corso ipotizzano l’esistenza di una rete complessa di comunicazione tra i prodotti dei microorganismi intestinali e le funzioni del sistema nervoso centrale. Benché almeno una parte degli effetti riconducibili all’asse microbiota-intestino-cervello possano essere indiretti (cioè dipendere dagli effetti dei microbi sul­la nutrizione, il metabolismo e l’immunità che a loro volta influiscono sul cervello), le ricerche sui roditori sembrano rivelare che il microbiota è un importante attore nel processo di insorgenza delle malattie neu­rodegerative e nello sviluppo del sistema nervoso. In particolare, sembra che il microbiota intestinale possa influenzare il comportamento degli animali producendo piccoli metaboliti, incluse alcune mo­lecole di neurotrasmettitori, che interagiscono di­rettamente con il sistema nervoso o che entrano nel circuito del sangue e raggiungono così il cervello. In realtà c’è molto ancora da studiare su questo mecca­nismo. Uno studio appena pubblicato però ha dimo­strato in modo rigoroso che il modo di camminare dei moscerini della frutta (Drosophila melanogaster) è influenzato da uno specifico batterio che si trova nell’intestino di questo animale.
E arriviamo al terzo elemento che è alla base della no­stra identità: il genoma.
Il genoma dell’essere umano – a parte alcune eccezioni – è fisso e unico per ogni individuo. Anche il microbioma di ogni individuo è unico, un po’ come le impronte digitali. Questa di­versità è importante perché il microbioma associato a una persona ha un numero di geni enormemente superiore rispetto al genoma umano, come abbiamo visto, e i geni del microbiota contribuiscono a molti tratti fenotipici dell’ospite, compresi quelli relativi alla nutrizione, alle caratteristiche metaboliche e, come abbiamo detto, all’efficacia che determina­ti farmaci hanno sul singolo individuo. Il fatto che caratteristiche umane tanto importanti non possano essere definite esclusivamente dai geni della perso­na non sarebbe poi così “sconvolgente” se i geni dei microorganismi che ospitiamo si diversificassero in­sieme e in relazione con l’ospite umano. Ma non è così: molti aspetti della composizione genetica del microbiota possono variare indipendentemente dal genotipo umano sia tra individui diversi sia in uno stesso individuo in tempi diversi.
Questo ha due conseguenze: la prima è che la medicina di precisio­ne basata sul genoma dell’individuo deve essere rivi­sta sulla base del fatto che molte caratteristiche im­portanti non dipendono solo dal make up genetico della persona, ma anche dai geni dei microorganismi che quella persona ospita. La seconda conseguenza è la messa in discussione di qualsiasi definizione del sé in termini di genoma dell’individuo.
Benché ci sia una componente ereditaria del micro­biota intestinale, anche fattori ambientali come la dieta, i farmaci e le misure antropometriche ne de­terminano la composizione.
Ad esempio, si è visto che alcuni dolcificanti che vengono utilizzati come alternativi allo zucchero possono avere un effetto negativo sul microbiota intestinale. In particolare, sucralosio aspartame e saccarina hanno mostrato di poter influire negativamente sulla sua biodiversi­tà. Topi a cui è stato dato sucralosio per 6 mesi, ad esempio, hanno presentato un aumento dell’espres­sione di batteri che favoriscono l’infiammazione e metaboliti non regolari. Anche gli additivi alimen­tari come gli emulsionatori che si trovano in molti cibi industriali hanno mostrato di avere un effetto negativo sul microbiota dell’intestino. Altra fonte di preoccupazione sono gli effetti collaterali delle diete restrittive, come le diete vegane, quelle crudiste, sen­za glutine e la low FODMAP, una dieta indicata per la cura della sindrome dell’intestino irritabile per­ché povera di un particolare tipo di carboidrati che vengono poco assorbiti nell’intestino tenue e che, quindi, passano nell’intestino crasso dove vengono fermentati dai batteri.
Ma su questo sono ancora in corso studi. Invece è sicuro che alcuni farmaci modulano la composizio­ne del microbiota: ad esempio, gli antibiotici. E gli antibiotici vengono normalmente utilizzati negli allevamenti per permettere una crescita più veloce degli animali. Si pensa che sia stato proprio questo massiccio uso di antibiotici e diete sbagliate a deter­minare una perdita di biodiversità del microbiota dopo la seconda guerra mondiale. Non a caso nello stesso periodo è aumentata l’incidenza di malattie metaboliche.
Oggi dunque si pensa di creare una banca mondiale di microbiota, un deposito che rac­colga le moltissime specie di microorganismi che vivono nei nostri corpi e che, come la banca dei semi, ci permetta di resistere alla perdita di biodiversità. La proposta viene da un gruppo di ricercatori della New Rutgers University che l’hanno lanciata sulle pagi­ne di Science. Un tentativo di salvare anche la nostra identità.