Pipistrelli ematofagi e microbiota intestinale: correlazioni microbiologiche

I chirotteri esibiscono un’ampia varietà di specializzazioni dietetiche, includendo frugivori, insettivori, carnivori, piscivori, nettarinivori ed ematofagi. A quest’ultima categoria appartengono i cosiddetti pipistrelli ‘vampiro’ (famiglia Phyllostomidae); come si intuisce dall’appellativo conferito a questo particolare taxon, essi si nutrono esclusivamente di sangue, un aspetto che li contraddistingue notevolmente dagli altri membri dello stesso ordine.

La particolare dieta assunta da questi pipistrelli deve aver indotto degli adattamenti evolutivi estremamente specifici. La ragione è legata al fatto che il sangue contiene pochissime vitamine, grassi e glucosio, ed ha un alto contenuto di sali. Una dieta basata unicamente sul sangue inoltre, espone questi mammiferi ad una vasta gamma di patogeni trasmissibili per via ematica. Per far fronte a tali criticità, oltre agli adattamenti genomici, anche il microbiota associato all’ospite sembra svolgere un ruolo importante nella specializzazione della dieta. A tal riguardo, recenti analisi hanno dimostrato come la particolare comunità microbica del tratto intestinale di questi vertebrati contribuisca alla digestione dei pasti ematici, alla produzione di nutrienti assenti nel sangue e alla protezione immunologica.

Il microbiota intestinale

Il microbiota intestinale degli animali svolge un ruolo essenziale nel mantenimento della salute dell’ospite. Ad esempio, i batteri associati all’epitelio dell’intestino sono in grado di produrre ligandi che interagiscono con i recettori delle cellule ospite, stimolando, in questo modo, le risposte a cascata del sistema immunitario. Tuttavia, il microbiota non è affatto un’entità statica e la composizione della comunità può mutare rapidamente in risposta a cambiamenti nella dieta dell’ospite. Quando queste modificazioni finiscono per danneggiare la flora intestinale, le capacità nutrizionali e difensive possono diminuire anche in maniera drastica.

Il concetto dell’ologenoma

Diversi studi sui mammiferi hanno dimostrato come il microbioma intestinale svolga un ruolo cruciale nelle capacità digestive di un organismo (raccolta di energia, acquisizione di nutrienti e omeostasi intestinale) e di come sia in grado di influenzare anche fenotipi relativi ai sistemi immunitario e neuroendocrino (figura 1). In risposta alla crescente consapevolezza del ruolo chiave che le relazioni ospite-microbioma possono giocare, vari autori hanno proposto il concetto di ‘ologenoma‘, in base al quale si afferma che la selezione naturale agisca sia sull’ospite che sul suo microbioma. Secondo questo principio quindi, gli studi evolutivi dovrebbero mostrare un approccio dicotomico, che tenga in considerazione entrambi gli aspetti. I cambiamenti evolutivi infatti, non riguarderebbero solamente il genoma della specie ospite, ma dell’intero ‘ologenoma’, che comprende dunque, anche il materiale genetico del microbioma. Il particolare adattamento dietetico dei pipistrelli vampiro fornisce quindi un modello adatto per studiare l’effetto della selezione attraverso questo approccio innovativo.

Fonte: https://www.nature.com/articles/s41559-018-0476-8/figures/2
Figura 1 – Strategie adattative dei pipistrelli ‘vampiro’.

Immunità

Una dieta unicamente basata sul contenuto ematico facilita l’esposizione a batteri patogeni e virus. Il contatto con il sangue infetto potrebbe quindi portare ad un aumento dell’invasione genomica da parte di elementi virali endogeni retrovirali e non-retrovirali. Sorprendentemente, e in contrasto con le aspettative, la diversità degli elementi retrovirali endogeni nei chirotteri ematofagi risulta essere molto bassa rispetto ad altre specie di chirotteri. Inoltre, rispetto ai microbiomi intestinali dei pipistrelli non-ematofagi, quello dei pipistrelli ‘vampiro’ (Desmodus rotundus) contengono una grande abbondanza di batteri potenzialmente protettivi, come Amycolatopsis mediterranei, capace di produrre composti antivirali contro batteriofagi e poxvirus.

Studi a riguardo

Poiché i pipistrelli ematofagi possono essere portatori di rabbia, sono spesso considerati una minaccia per il bestiame. I ricercatori hanno quindi studiato popolazioni di pipistrelli e bovini della stessa regione geografica al fine di comprendere le dinamiche di trasmissione della malattia (Sud America). La ricerca ha prodotto un risultato sorprendente: i pipistrelli e il bestiame non condividono nessun virus patogeno. Per di più, i pipistrelli vampiro risultano trasportare molti meno retrovirus rispetto ad altri mammiferi, probabilmente proprio grazie ai batteri presenti nel loro intestino, confermando il fatto che il microbioma del pipistrello vampiro oltre a permettere una dieta povera di nutrienti, è in grado altresì di aumentare la resistenza ai virus trasmissibili per via ematica.

In un altro studio invece, sono state indagate le connessioni tra la frammentazione dell’habitat, la dieta dell’ospite, la struttura dei microbiomi e l’immunità dei pipistrelli vampiro comuni (Desmodus rotundus) in un frammento di foresta e una riserva archeologica protetta in Belize (America Centrale). In queste zone, l’intensificazione dell’agricoltura ha trasformato il paesaggio da foresta ad un insieme di relitti forestali e pascoli che fornisce ai pipistrelli vampiri abbondanti risorse alimentari e che potrebbe favorire la trasmissione di agenti patogeni tra pipistrelli, bovini, fino a raggiungere l’uomo (figura 2).

Dallo studio non sono emerse notevoli differenze nella composizione generale della comunità microbica tra i due siti, tuttavia i pipistrelli che attaccano le loro prede all’interno delle foreste maggiormente conservate mostrano microbiomi più eterogenei. Un crescente numero di ricerche suggerisce che il microbiota animale possa rispondere direttamente al cambiamento dell’uso del suolo, in particolare laddove tale modificazione porta ad un’alterazione o diminuzione delle risorse alimentari. Un numero crescente di studi avanza l’idea che il cambiamento dell’uso del suolo e la perdita di habitat possano influenzare l’idoneità dei microbioti animali attraverso i cambiamenti nella dieta ospite.

Prospettive future

Risulta chiaro da questi studi come il pipistrello vampiro comune si sia adattato una dieta esclusivamente basata sul sangue attraverso una stretta relazione tra il suo genoma e il microbioma intestinale. Inoltre, combinando metodi metagenomici, immunologici ed ecologici, è possibile arrivare ad una comprensione più profonda delle alterazioni prodotte dall’attività umane sulla fisiologia animale. La speranza futura è quindi quella di utilizzare questi approcci integrati, non solo per studi evoluzionistici, ma anche al fine di promuovere sia la conservazione del patrimonio naturale che della salute pubblica. Da questo tipo di studi infine, potrebbero emergere nuove conoscenze da applicare anche in ambito medico.

Bibliografia

Ingala, M. R., Becker, D. J., Bak Holm, J., Kristiansen, K., & Simmons, N. B. (2019). Habitat fragmentation is associated with dietary shifts and microbiota variability in common vampire bats. Ecology and Evolution.
Mendoza, M. L. Z., Xiong, Z., Escalera-Zamudio, M., Runge, A. K., Thézé, J., Streicker, D., … & Castruita, J. A. S. (2018). Hologenomic adaptations underlying the evolution of sanguivory in the common vampire bat. Nature ecology & evolution, 2(4), 659.