Il dialogo tra microbiota e mitocondri che prolunga la vita

Ci diamo un gran da fare per combatterlo o ritardarlo, facendo uso delle migliori creme e lozioni o semplicemente cercando di condurre uno stile di vita sano, ma la verità è che all’invecchiamento non si scampa. Anzi, grazie ai progressi della medicina il numero di persone che raggiungono un’età avanzata è in crescita e, di conseguenza, la ricerca contro le patologie dell’invecchiamento ha subìto una forte accelerazione, così come quella di composti o meccanismi associati a un aumento della longevità.

Nell’eterna battaglia contro il tempo che avanza, un aiuto potrebbe giungerci dal microbiota, ovvero l’insieme di microorganismi che risiedono nell’intestino, che sembrerebbe giocare un ruolo importante nell’invecchiamento dell’ospite. Una serie di studi ha dimostrato che la sua composizione varia in individui anziani e che a determinate variazioni prodotte dalla dieta sono associati miglioramenti di salute. Le ragioni possono essere molteplici e vanno dalla produzione di metaboliti preziosi per il benessere dell’ospite alla regolazione dell’omeostasi immunitaria.

C’è però un tasto dolente: il microbiota dei mammiferi è costituito da trilioni di microorganismi, classificati in centinaia di specie diverse! Possiamo fornire un’analisi tassonomica e meta-genomica delle comunità presenti, ma siamo ancora ben lontani dal comprendere a fondo il ruolo dei singoli batteri e i meccanismi con cui riescono a modulare processi fisiologici e patologici, come l’invecchiamento e le patologie correlate. Chi sono, quindi, ma soprattutto cosa fanno i batteri “pro-longevità”?

E’ facile intuire che rispondere a questa domanda in un sistema complesso come il mammifero equivale a cercare un ago in un pagliaio. Uno dei modelli preferiti dei ricercatori per questo tipo di studi è il nematode Caenorhabditis elegans, grazie al ciclo vitale corto e alla presenza di un microbiota dalla composizione definita, che in condizioni standard di laboratorio è costituito da un singolo ceppo di Escherichia coli. Usando questo semplice modello, gli scienziati hanno potuto individuare una serie di geni di E. coli che regolano la salute e la longevità dell’ospite e persino caratterizzare uno dei meccanismi.

Fig. 1 Caenorhabditis elegans

Per comprendere a cosa serve un gene spesso si ragiona al contrario, ossia quello che si fa è “spegnerlo”, in modo da monitorare cosa cambia nel fenotipo dell’organismo quando quel gene non è in funzione. Seguendo questo principio, è stato eseguito uno screening di 3983 E. coli mutanti per la delezione di geni non essenziali alla sopravvivenza. Sono quindi stati individuati 29 geni la cui delezione aumenta la longevità dell’ospite Caenorhabditis elegans e in certi casi lo protegge anche dall’insorgenza di malattie correlate all’invecchiamento, come tumori o patologie neurodegenerative. 

Questi geni sono piuttosto eterogenei e regolano aspetti diversi della morfologia e fisiologia del batterio; è quindi probabile che siano associati a meccanismi diversi e ancora in parte sconosciuti. Per ora ne è stato caratterizzato uno, che si basa su una aumentata secrezione del polisaccaride acido colanico (CA) in 5 batteri mutanti. Sarebbe proprio l’acido colanico a determinare un aumento della longevità dell’ospite e lo farebbe agendo sui suoi mitocondri.

I mitocondri sono gli organelli cellulari deputati alla produzione dell’energia, per questo definiti come le “centrali energetiche della cellula”. E’ stato recentemente scoperto che i mitocondri non sono gli organelli statici che vediamo rappresentati nei libri di testo, ma entità dinamiche. La loro architettura viene in effetti continuamente rimodellata da processi di fissione (o frammentazione) e di fusione, cruciali per la regolazione di numerose funzioni cellulari tra cui la produzione di energia sottoforma di molecole di ATP, l’omeostasi del calcio e dei radicali liberi. Il CA aumenta la frammentazione dei mitocondri nell’intestino e questo processo sembrerebbe associato a un aumento della longevità.  Il CA agisce sui mitocondri anche modulando la loro risposta allo stress e quindi contribuendo al mantenimento dell’omeostasi.

Fig. 2 Ciclo di fusione-fissione mitocondriale

I risultati ottenuti sul CA in Caenorhabditis elegans potrebbero aprire scenari futuri validi anche per l’uomo? Gli scienziati sono ottimisti, poiché questo meccanismo sembra essere conservato in diverse specie. Ma soprattutto, questa scoperta ha dimostrato l’esistenza di un dialogo complesso tra i microorganismi intestinali e i mitocondri, che in fondo erano loro stessi in origine batteri, integratisi poi nella cellula come endosimbionti. In questo scenario, il CA sarebbe solo una delle forse centinaia di “parole” che microbiota e mitocondri si scambiano giornalmente e che consentono all’organismo di percepire situazioni di stress e di prepararsi al meglio, aumentandone le probabilità di sopravvivenza.

Erika Salvatori

Fonte:

Han, B. et al. (2018) Microbial Genetic Composition Tunes Host Longevity. Cell 169, 1249–1262

Laureata in Biotecnolgie Industriali, mi occupo di ricerca in onco-immunologia e di divulgazione e comunicazione della scienza.

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