Microbiota e Microbioma

Il microbioma umano, la biodiversità microbica e il microbioma intestinale

Tutte le superfici o cavità del corpo umano esposte all’ambiente circostante, come la cavità orale, le narici, la vagina, la pelle e l’apparato gastro-intestinale, sono colonizzate da microrganismi (Schreiner et al., 2015).

Ogni parte del corpo, avendo caratteristiche diverse (ad esempio, diverso pH, maggiore o minore esposizione all’ossigeno) può essere considerata una nicchia ecologica, dove si selezionano popolazioni microbiche diverse (Blekhman et al., 2015; Caporaso et al., 2011).

Si stima che il corpo umano sia abitato da migliaia di miliardi di microrganismi, un numero di cellule microbiche circa dieci volte superiore a quello delle cellule umane. Queste popolazioni microbiche non sono solo numericamente rilevanti, ma portano con sé miliardi di geni, quindi, di potenziali attività che i microrganismi possono svolgere nel corpo umano, influenzando in questo modo la nostra salute. In un adulto, circa 2 kg di cellule microbiche risiedono nell’intestino e complessivamente costituiscono il “microbioma intestinale”. Il microbioma intestinale rappresenta sicuramente la popolazione più numerosa e l’ecosistema maggiormente studiato. È un ecosistema estremamente complesso, che include microrganismi appartenenti ai diversi regni (batteri, funghi, protozoi, Archaea) ed anche virus.

Per quanto riguarda la componente batterica, sono state riportate quasi 5000 specie diverse, di cui molte sconosciute (Pasolli et al., 2019; Almeida et al., 2021). Infatti, si stima che circa il 70% dei microrganismi presenti nell’intestino umano non sia coltivabile (Pasolli et al., 2019; Almeida et al., 2021), ovvero, non sia possibile, allo stato attuale delle conoscenze, coltivare questi microrganismi in laboratorio, perché non conosciamo le loro esigenze nutrizionali, e quindi non siamo in grado di riprodurle nei mezzi di crescita sintetici, inoltre, sono estremamente sensibili all’ossigeno, ed un’esposizione anche minima ne può causare la morte. Ciò ha fortemente limitato le nostre conoscenze sul microbioma umano fino all’avvento delle nuove tecnologie di sequenziamento, avvenuto circa 15 anni fa, che ci ha permesso di identificare i microrganismi presenti in un ambiente senza la preventiva coltivazione in laboratorio, basandoci esclusivamente sull’analisi del loro materiale genetico.

In questo modo siamo riusciti ad ampliare la conoscenza sull’influenza che il microbioma intestinale esercita sulla nostra salute. È stata identificata una grande variabilità interindividuale nella composizione del microbioma intestinale ed una elevata biodiversità, ovvero il numero di specie microbiche diverse presenti nello stesso individuo.

È comunemente accettato che una elevata biodiversità del microbioma intestinale può essere considerata come un indicatore positivo dello stato di salute (Lozupone et al., 2012; Manor et al., 2020).
Tuttavia, si è osservata una progressiva perdita di biodiversità intestinale nei paesi occidentali, probabilmente a causa dei cambiamenti nella dieta e nello stile di vita, nonché il consumo di farmaci e antibiotici (Segata, 2015).
Infatti, sono molteplici i fattori che influenzano composizione e attività del microbioma, tra cui la genetica dell’ospite, l’età, il tipo di parto (cesareo o vaginale), l’allattamento materno o artificiale, la dieta, l’attività fisica, l’inquinamento ambientale, il consumo di farmaci, lo stato di salute (Kurilshikov et al., 2021).
Molti studi hanno evidenziato correlazioni tra il microbioma intestinale e diverse patologie (intestinali e non), tra cui obesità, diabete e malattie metaboliche, malattie infiammatorie croniche dell’intestino (sindrome dell’intestino irritabile, malattia di Crohn), allergie alimentari ed asma, malattie cardiovascolari, malattie neurodegenerative (Alzheimer, Parkinson) e addirittura alcune tipologie di tumori (De Filippis et al., 2018).

Il concetto di “un microbo=una malattia” si ritiene ormai superato, ma in molti casi si può parlare di “disbiosi”, ovvero una situazione di disequilibrio tra le diverse popolazioni microbiche intestinali, che può essere associata allo sviluppo di patologie nell’uomo.
Infatti, i microrganismi intestinali sono in grado di produrre un’ ampia gamma di molecole che, una volta entrate nel circolo sanguigno, possono raggiungere organi bersaglio diversi, andando ad influenzare così la nostra salute (De Filippis et al., 2018).
Ad esempio, alcuni microrganismi possono produrre serotonina ed altri metaboliti simili a neurotrasmettitori, che vengono riconosciuti dai recettori del nostro sistema nervoso e possono influenzare il nostro benessere psichico: una disbiosi intestinale è stata associata anche a depressione e autismo.

Tuttavia, bisogna sottolineare che nella maggior parte dei casi, queste correlazioni si basano su studi osservazionali, in cui il microbioma intestinale di soggetti malati viene confrontato con quello di soggetti sani. Pertanto, in molti casi non è possibile stabilire un nesso di causalità, ovvero definire se l’alterazione nella composizione del microbioma intestinale è la causa della patologia o se piuttosto è il disturbo che ne comporta l’alterazione (De Filippis et al., 2018). Una delle correlazioni più studiate è quella tra microbioma intestinale e obesità. Si ritiene che il microbioma degli obesi presenti una maggiore capacità di metabolizzare i nutrienti forniti attraverso la dieta, con conseguente produzione di una maggiore quantità di energia responsabile dell’aumento di peso (Muscogiuri et al., 2019). Nonostante non siamo ancora in grado di stabilire con certezza un nesso causa-effetto, sicuramente il microbioma intestinale ha un ruolo importante nel mantenimento della nostra salute, e la sua diversità e ricchezza in specie costituisce senz’altro un elemento chiave per la prevenzione di numerose patologie.

Come si studia il microbioma?

Prof. Danilo Ercolini

Perché è importante la diversità microbica nel microbioma?

Prof. Danilo Ercolini

Riferimenti Bibliografici

Almeida, A., Nayfach, S., Boland, M. et al. A unified catalog of 204,938 reference genomes from the human gut microbiome. Nat Biotechnol 39, 105–114 (2021).
Blekhman, R., Goodrich, J.K., Huang, K. et al. Host genetic variation impacts microbiome composition across human body sites. Genome Biol 16, 191 (2015).
Caporaso, J.G., Lauber, C.L., Costello, E.K. et al. Moving pictures of the human microbiome. Genome Biol 12, R50 (2011).
De Filippis, F., Vitaglione, P., Cuomo,R., et al. Dietary interventions to modulate the gut microbiome – How far away are we from precision medicine. Inflamm Bowel Dis 24, 2142-2154 (2018).
Kurilshikov, A., Medina-Gomez, C., Bacigalupe, R., et al. Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition. Nat Genetics 53, 156-165 (2021).
Lozupone, C.A., Stombaugh, J.I., Gordon, J.I., et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature 489(7415), 220-230 (2012).
Manor, O., Dai, C.L., Kornilov, S.A. et al. Health and disease markers correlate with gut microbiome composition across thousands of people. Nat Commun 11, 5206 (2020).
Muscogiuri, G., Cantone, E., Cassarano, S. et al. Gut microbiota: a new path to treat obesity. Int J Obes Supp 9, 10–19 (2019).
Pasolli, E., Asnicar, F., Manara, S. et al. Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle. Cell 176, 649-662 (2019).
Schreiner, A.B., Kao, J.Y., Young, V.B. The gut microbiome in health and disease. Curr Opin Gastroenterol 31, 69-75 (2015).
Segata, N. Gut Microbiome: Westernization and the Disappearance of Intestinal Diversity. Curr Biol 25, R611 (2015).

Approfondisci l'argomento

L’effetto della dieta sul microbioma intestinale e la nuova frontiera del food design

Prof. Danilo Ercolini

Leggi