Introduzione al ruolo e alle funzioni del microbiota
La vita come la vediamo oggi sulla terra, non ha certamente seguito dinamiche biologiche chiuse o individualiste; un organismo non è un insieme di cellule evoluto in modo indipendente da altri sistemi biologici. Dobbiamo comprendere che nel momento in cui noi viviamo, siamo il risultato di processi evolutivi e adattativi che hanno interagito ed interagiscono con i processi evolutivi ed adattativi di altri organismi, anche filogeneticamente lontanissimi da noi.
In questa sede tratteremo, mediante evidenze scientifiche, uno tra i più importanti ed emergenti argomenti di interesse medico e biologico: il microbiota.
Microbiota: il suo ruolo tra genetica ed immunologia
Con il termine microbiota, si usa designare l’insieme di microrganismi (batteri, virus, protozoi e funghi) che colonizza un dato ambiente in una data unità di tempo. Per microbioma invece intendiamo la totalità dei geni espressi dal microbiota in quell’ambiente.
Lo studio del microbiota ha aperto nuovi scenari circa l’assetto evolutivo ed immunologico di varie specie viventi. Infatti, quando si parla di sistema immunitario dobbiamo immaginare la proiezione più tangibile dei meccanismi di simbiosi mutualistica, di parassitismo e di co-evoluzione, in quanto i parassiti che abitano un dato ambiente, evolvono più rapidamente dei loro ospiti, così, gli organismi ospiti devono tenere il passo per contrastarli.
Recenti studi
Sebbene la selezione naturale intervenga mediante forze quasi del tutto note (alimentazione, genetica e ambiente), recenti studi propongono una chiave di lettura degli schemi evolutivi lievemente “forzata”, focalizzandosi principalmente sull’architettura cellulare, tissutale e organica degli organismi superiori. Per esempio, le barriere del sistema immunitario innato potrebbero rappresentare la conditio sine qua non della vita di tutti gli organismi complessi; come per dire: affinché si verifichino cambiamenti genetici compatibili con la vita, l’organismo di riferimento deve, per natura, possedere determinate caratteristiche strutturali innate.
Le barriere innate
Per barriere innate intendiamo una serie di distretti anatomici di derivazione ectodermica e mesodermica che hanno, tra le varie funzioni, quella di interporsi tra l’organismo ospite e il patogeno. Tra questi ritroviamo la cute, il sistema gastroenterico, le strutture deputate alla respirazione e gli organi dell’interfaccia primaria come il cavo orale e la mucosa oculare.
Perciò, considerando l’immunità acquisita che mediante i linfociti B è dotata una spiccata specificità contro gli antigeni, si evince che questa è una forma di risposta immunitaria che deriva da una sorta di adattamento fisiologico, basato comunque su meccanismi genetici preesistenti che permettono questa grande “versatilità”, ma che non è basata su logiche di adattamento genetico vero e proprio come nel caso dell’immunità innata.
Un esempio lampante
Un esempio chiaro: tutti gli organismi superiori nascono con strutture riferibili all’intestino, vie respiratorie, ecc. ; nessun organismo superiore nasce con le IgG anti citomegalovirus finché non ne viene a contato.
Una proprietà emergente delle barriere dell’immunità innata è quella di possedere un’enorme superficie di scambio di materia o energia con l’ambiente esterno e, in virtù di questo, presentano proprietà chimiche, fisiche e biologiche estremamente efficienti per la difesa dell’organismo; tutte infatti, hanno come comune denominatore il microbiota.
Il ruolo del microbiota nell’uomo
Nei neonati, il tratto digerente è completamente sterile e viene colonizzato, subito dopo il parto, da microrganismi ambientali, di derivazione umana mediante la madre, ed infine da quelli presenti nei cibi che ingerirà durante il primo sviluppo auxologico. Il microbiota umano tuttavia, non è assolutamente omogeneo nelle popolazioni; cambia infatti in funzione delle etnie, dell’ambiente, in funzione delle attitudini alimentari e del diverso corredo genetico dell’individuo.
La composizione del microbiota umano
In linea di massima possiamo comunque affermare che circa l’75% dei batteri che compongono il microbiota umano è costituito dai generi Lactobacillus e Bifidobacterium, il restante 25% è generalmente più vario e comprende anche organismi notoriamente patogeni come Escherichia, Bacteroides, Eubacteria e Clostridium.
La grande nozione che deve pervenire da queste percentuali è che questi organismi, presi singolarmente, possono essere addirittura mortali per l’ospite, ciò che non li rende tali è l’equilibrio tra tutte le colonie che abitano contemporaneamente il nostro intestino.
L’equilibrio del microbiota ed il suo ruolo nel benessere umano
Le patologie connesse al microbiota sono ancora oggi oggetto di studio, ma da numerose pubblicazioni si evince che un’alterata composizione delle nostre comunità commensali microbiche è spesso associata a patologie con decorso cronico o subclinico di difficilissima risoluzione. Oltre a ciò, dalle analisi del microbioma intestinale di alcuni pazienti affetti da lupus eritematoso sistemico, è stata evidenziata una condizione nota come “leaky gut” o intestino permeabile.
Leaky gut
Il leaky gut, conosciuto da tempo nei pazienti sieropositivi per HIV, mostra un’architettura displastica dell’epitelio intestinale che, oltre a predisporre il soggetto a fenomeni di metaplasia e neoplasia, determina un’alterata selettività nei processi di scambio dell’intero tubo digerente. A ciò ne consegue il passaggio non fisiologico di alcune molecole, come i lipopolisaccaridi e svariate sostanze che fungono da immunostimolanti per alcuni ceppi batterici, i quali poi vanno a contribuire, nel caso di pazienti affetti da HIV, all’esaurimento dei linfociti T, decretando in questo modo una immunodepressione ad eziologia sia virale, sia batterica.
La possibilità di attraversare la barriera intestinale da parte dei batteri
Procedendo con gli studi, è stato ulteriormente scoperto che non solo le molecole endogene dell’organismo, bensì anche i batteri vivi, possono attraversare la barriera intestinale, e questo avviene sia in pazienti affetti da HIV sia in pazienti affetti da patologie di natura autoimmunitaria, appunto come il lupus (LES). Nello specifico, è stato osservato e valutato mediante tecniche di metagenomica, che in alcuni pazienti affetti da malattie autoimmuni, il ceppo Enterococcus gallinarum può attraversare, più facilmente di altri ceppi, la barriera intestinale e raggiungere organi interni come milza e fegato, e da qui spostarsi alle principali stazioni linfonodali.
La conseguente linfoadenomegalia generalizzata, non sempre clinicamente manifesta nei tempi terapeutici utili, non prevede ad oggi, un approccio farmacologico che possa mirare ad una restitutio in integrum per i pazienti già immunocompromessi.
Fonti
- https://medicine.yale.edu/profile/martin_kriegel/
- Hall, A., Tolonen, A. & Xavier, R. Human genetic variation and the gut microbiome in disease. Nat Rev Genet 18, 690–699 (2017). https://doi.org/10.1038/nrg.2017.63
- Blekhman, R., Goodrich, J.K., Huang, K. et al. Host genetic variation impacts microbiome composition across human body sites. Genome Biol 16, 191 (2015). https://doi.org/10.1186/s13059-015-0759-1
- Population Genetics in the Human Microbiome https://doi.org/10.1016/j.tig.2019.10.010
- Mima, K., Kosumi, K., Baba, Y. et al. The microbiome, genetics, and gastrointestinal neoplasms: the evolving field of molecular pathological epidemiology to analyze the tumor–immune–microbiome interaction. Hum Genet 140, 725–746 (2021). https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2
- Stern, D. The genetic causes of convergent evolution. Nat Rev Genet 14, 751–764 (2013). https://doi.org/10.1038/nrg3483
- Hansen, Thomas F. “The Evolution of Genetic Architecture.” Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, vol. 37, 2006, pp. 123–57. JSTOR, http://www.jstor.org/stable/30033829
- https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/microbiota-bambini/
- https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/il-microbioma-intestinale-dei-bombi/
- https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/il-microbioma-cutaneo-del-cane/
