ALLA SCOPERTA DI UN MONDO FANTASTICO “LE NUOVE FRONTIERE DELLA BIOLOGIA”
Dott. Stefano Ciaraldi. Biologo Nutrizionista. Vincitore dei titoli Mr. Universo, Mr. Mondo Nabba.
Da qualche anno si sente parlare di microbiota e microbioma. Cosa vogliono significare questi nuovi termini? Di fatto nulla di nuovo, ossia niente che non faccia già parte della biologia in senso stretto. Queste nuove parole più di altre fanno capire come la medicina cominci a mostrare i propri limiti in quanto essa stessa rappresenta una goccia nell’oceano della biologia. Per microbiota si intende l’insieme di tutti i microrganismi presenti sia all’interno sia all’esterno di un determinato organismo.
Col termine microbioma si intende invece il patrimonio (pool) genetico (genoma) di tutte le popolazioni di microbi e le interazioni che essi hanno con l’ospite. La storia del microbioma umano è recente, inizia tra 2005 e il 2006 all’Istitute for Genomic Research di Rockville, nel Maryland, Usa. Steven Gill ed i suoi colleghi riescono per la prima volta a sequenziare il genoma dei batteri contenuti nell’intestino di due individui. Anche se all’epoca questi ricercatori avevano ancora un’idea approssimata del microbiota, dal punto di vista scientifico avevano fatto una scoperta notevole. Queste ricerche, per la prima volta, mostravano un legame diretto tra dieta,
stile di vita, età e provenienza geografica.
Molti studi sono seguiti alle ricerche di Gill e collaboratori e tutti hanno dimostrato che il nostro corpo è sede di una moltitudine di ospiti. La colonia di gran lunga più rappresentata è quella dei Batteri. Questi non si limitano ad autoinvitarsi nei nostri pasti o ad attentare alla nostra salute, di tanto in tanto, ma ci forniscono una fonte ricchissima di geni necessari per sopravvivere ed adattarci ad un mondo in continuo cambiamento. Fino agli anni 2000, lo studio dei batteri si era prevalentemente concentrato su di loro come patogeni, alimentando di fatto l’idea che i batteri fossero solo vettori di patologie. Una ricaduta piuttosto negativa di questa visione con la quale stiamo facendo conti non proprio facili è l’utilizzo eccessivo di antibiotici, farmaci specifici per il loro contenimento. Anche se l’utilizzo di questi farmaci ha permesso di debellare malattie che prima di allora decimavano intere popolazioni. Il loro utilizzo generalizzato, spesso autoprescritto, ha causato una serie di problemi tra i quali la modificazione e l’impoverimento del microbiota. Tutto questo, sommato alle modificazioni dell’ambiente, della alimentazione e dell’attività fisica, in sintesi dello stile di vita, ha generato quelle patologie striscianti cosiddette malattie del progresso come obesità, diabete di tipo 2, malattie cardiovascolari e malattie autoimmuni. Un paradosso evidente nei paesi sviluppati è dato da un lato dall’aumentata lunghezza della vita dall’altro da un peggioramento la qualità della stessa. In special modo nella terza-quarta “fase”. Si vive più a lungo, ma più malati e meno energici dei coetanei che vivono nei paesi meno sviluppati. Non è un caso che negli ultimi cento anni si è osservato un esordio sempre più precoce di malattie un tempo rarissime come diabete, obesità e malattie autoimmuni.
Una delle cause: i nostri silenziosi ospiti, i batteri
Ma da dove arrivano questi batteri? Come raggiungono il nostro intestino? Cosa fanno?
All’inizio della vita, la fase intrauterina, vi è la quasi totale sterilità del feto. Una vera e propria colonizzazione da parte dei batteri, che poi ne diventeranno i simbionti, inizia durante la nascita. (PMID: PMC 2900693). Questo sta a significare che la via scelta per il parto, naturale o tramite parto cesareo, influirà sul tipo di colonizzazione batterica che il bambino riceverà durante l’attraversamento della via obbligata dalle due modalità. Se il parto avviene per via normale, i primi batteri con cui il nascituro entrerà in contatto saranno quelli che fanno parte del microbiota genitale della madre, mentre se la nascita avviene per parto cesareo, i batteri checolonizzeranno il nascituro saranno quelli presenti sulla cute della madre (PMID: PMC 3602254). Questo fa una grande differenza in quanto il microbiota della madre si modifica durante la gravidanza. Nel suo intestino aumenta in maniera considerevole la quota di particolari batteri, i Firmicuti, che consentono alla madre di estrarre una maggiore quantità di energia dai cibi ingeriti, soprattutto glucosio, portandola ad accumulare peso (oggi sappiamo che la sindrome metabolica è tipica della condizione di gravidanza di tutti i mammiferi). Al livello genitale si verifica un significativo aumento dei ceppi protettivi acidofili.
Inoltre i dotti galattofori del seno si popolano di Bifidobatteri che per i primi tre anni di vita del bambino costituiranno la fonte principale del suo microbiota. Studi eseguiti sul microbiota neonatale hanno dimostrato che quando il bambino nasce per via genitale, la colonizzazione del suo corpo e del suo apparato gastro-intestinale da parte dei Lattobacilli acidofili (vie genitali) e Bifidobatteri (allattamento al seno), costituisce un fattore importante per favorire l’immediata capacità di metabolizzare il latte materno e stimolare un adeguato sviluppo del sistema immunitario. (PMID: PMC3063592). Da tutto ciò si capisce come sia importante, tranne nei casi strettamente necessari, far nascere il bimbo per parto naturale e soprattutto allattarlo al seno. Il microbioma continua ad evolvere per tutto il corso della vita a seconda dei cambiamenti che si susseguono nella composizione del microbiota. Tutti questi batteri in sintesi apportano un importante contributo all’ ottimizzazione delle risorse energetiche e non solo. Nel corso di molti studi si è evidenziato che il microbiota intestinale ci fornisce una serie di geni che servono a produrre enzimi necessari per l’assorbimento dei nutrienti. ( PMID: PMC3127503) Inoltre si è visto che è la composizione del microbiota a decidere quanta energia presente negli alimenti che assumiamo verrà realmente utilizzata per il nostro metabolismo. È proprio il microbioma che determina la velocità con cui metabolizziamo i nutrienti, anche indipendentemente dalle calorie assunte. (PMID:
Ma come scegliamo gli “amici” con cui coesistere?
Esiste una strettissima correlaziona tra il tipo di alimentazioneseguita e la composizione del microbiota presente nell’intestino di un individuo visto che i batteri si nutrono di ciò che transita del nostro intestino e che ne siamo direttamente responsabili. Per selezionare ad esempio le specie più “utili” è necessario introdurre alimenti ricchi di fibre. La scoperta che dal tipo di microbiota intestinale dipende la quantità di energia estratta dagli alimenti, permette anche di capire come mai la semplice restrizione calorica sia molto spesso inefficace nel trattamento dell’obesità. Se la differenza in termini di bilancio energetico non la fa il totale delle calorie assunte ma la quantità di quelle assorbite, è chiaro che la soluzione del problema dell’obeso non può consistere nella semplice riduzione delle calorie assunte. Bisogna in primis caratterizzare il microbiota dell’obeso e capire successivamente come modificarlo al fine di favorire lo sviluppo di ceppi meno “accumulatori”. Da ciò si evince che l’obesità non può essere vinta con le sole diete ipocaloriche e il microbioma umano ci offre una spiegazione scientifica di ciò. (PMID: PMC524219) Dal punto di vista funzionale il microbioma può essere paragonato a un vero e proprio organo.
Come precedentemente accennato, il cibo che arriva nell’intestino, costituisce l’unico nutrimento che i batteri hanno a disposizione, quindi secondo il principio di selezione naturale chi non è in grado di utilizzarlo si estingue e chi può prolifera. Tutto ciò è così diretto e riproducibile che il tipo di abitudini alimentari di un individuo ci permettono di predire il suo microbiota. Si è visto che un cambiamento drastico delle abitudini alimentari inizia a dare i suoi primi effetti nel giro di 24 ore per arrivare a modifiche definitive nelle successive 48 ore. (PMID: PMC24336217). Quindi dopo il terzo giorno di adozione di un nuovo regime alimentare la variazione nella composizione del microbiota diventa evidente e tende a stabilizzarsi nei mesi successivi, se il regime è mantenuto. Il principale fattore che sembra influire sulla selezione batterica, è come già detto la presenza/assenza di fibra e la presenza/assenza di carne nella dieta.
Ad esempio una alimentazione ricca di fibre sia solubili che insolubili tende a selezionare un microbiota come quello presente nelle popolazioni rurali, mentre una alimentazionericca di latticini e povera di fibre e grassi vegetali tende a selezionare un microbiota tipico dei paesi industrializzati. Abbiamo visto come il microbioma giochi un ruolo fondamentale nell’alterazione degli equilibri metabolici incrementando l’assimilazione delle calorie introdotte con la alimentazioneportando al conseguente sviluppo di insulino-resistenza e sindrome metabolica. Tutto ciò costituisce la dimostrazione del ruolo giocato dalla composizione del microbiota intestinale nello sviluppo delle cardiopatie. Il malfunzionamento immunologico è la causa di molte malattie non infettive, come malattie autoimmuni, allergie e cancro. Il tratto gastrointestinale è il primo sito di interazione tra il sistema immunitario dell’ospite e i microorganismi sia simbionti che patogeni. Il sistema immunitario dei mammiferi è disegnato per controllare i microbi, ma è esso stesso controllato dai microbi. I batteri simbionti dell’intestino dei mammiferi forniscono notevoli benefici all’ospite attraverso la fornitura di nutrienti essenziali, metabolizzazione di composti per noi indigeribili e la difesa darwiniana contro la colonizzazione da parte di patogeni. Si è visto che lo sviluppo di caratteristiche e funzioni del sistema immunitario dei mammiferi dipende dal microbioma. Le interazioni molecolari sviluppano la risposta immunitaria sulla base della composizione del microbiota (June L. Round and Sarkis K. Mazmanian).
Negli ultimi anni un numero crescente di studi ha evidenziato come ilmicrobiota intestinale sia implicato nello sviluppo del cancro del colon-retto(CRC).Oggi sappiamo che vari ceppi batterici sono frequentemente presenti nelle feci e nella mucosa intestinale di individui con CRC piuttosto che nei controlli sani, inclusi i tumori primitivi e le metastasi. Sappiamo che questi batteri sono in grado di indurre lo sviluppo di tumori in topi sani, ma c’è ancora bisogno di approfondimenti circa l’impatto sulle cellule epiteliali del colon. Anche se recenti studi evidenziano come i batteri presenti sia in grado di interagire col genoma delle cellule epiteliali del colon portando allo sviluppo del CRC. In sintesi, i batteri trovati nell’intestino di pazienti con CRC, sono in grado di danneggiare il DNA delle cellule epiteliali e quindi portare verso lo sviluppo del cancro stesso (J. Allen and C.L. Sears).
Ad oggi, nonostante i notevoli passi avanti nella conoscenza del microbiota e del microbioma, molto deve ancora essere chiarito. Quello che questo articolo si pone come obiettivo è aprire una finestra su un mondo fin qui imprevisto e che ci sta mostrando la vita da un punto di vista quantomeno originale rispetto a quanto osservato fino ad ora. Tutto conferma il dogma biologico di come siamo strettamente legati all’ambiente che ci circonda, anzi nel quale siamo immersi.
All’eta di 55 anni, sono felice quando riesco a darmi qualche risposta alle tante domande che l’innata curiosità mi pone. E più risposte mi do, più domande mi pongo e più sorrido, amaro, pensando a chi crede che tutto possa essere banalmente ricondotto a qualche galletta di riso o ad un banale conteggio delle calorie ingerite.
Stefano