L’intestino umano ospita un complesso ecosistema di trilioni di microrganismi (il microbioma), che influenza la digestione, il sistema immunitario e il metabolismo. Un team di ricerca guidato dall’Università di Vienna ha utilizzato l’approccio analitico dell'”ecologia inversa” per dimostrare che molte specie batteriche intestinali conosciute sono costituite da diversi gruppi evolutivamente distinti, adattati a differenti condizioni intestinali. Alcune di queste popolazioni sono associate all’età avanzata, alle malattie infiammatorie croniche intestinali, al cancro del colon-retto e al diabete di tipo 2. I risultati sono stati ora pubblicati su Nature e potrebbero in futuro migliorare la ricerca di biomarcatori e, a lungo termine, consentire terapie più precise.
Gli studi sul microbioma solitamente classificano i batteri in specie intere o gruppi geneticamente simili. Sebbene queste categorie siano pratiche, non riflettono necessariamente le popolazioni che si sono adattate alle diverse condizioni all’interno del corpo umano. Di conseguenza, spesso non è chiaro quali batteri siano associati a malattie, quali siano semplicemente occasionali e quali possano offrire protezione. Ciò solleva una questione fondamentale: è possibile identificare unità biologiche più precise che si siano evolute attraverso l’adattamento e che occupino diverse nicchie ecologiche nell’intestino?
Il team di ricerca ha analizzato migliaia di isolati batterici provenienti dall’intestino umano, nonché un’ampia mole di dati metagenomici – ovvero le informazioni genetiche complete delle comunità microbiche presenti nel campione – di persone appartenenti a diversi paesi e a varie fasce d’età e condizioni di salute. Utilizzando un metodo bioinformatico di recente sviluppo nell’ambito dell'”ecologia inversa” – un approccio che deduce gli adattamenti ecologici dai dati genomici – i ricercatori hanno cercato tracce genetiche di un adattamento efficace.
Più di una specie
Particolarmente interessanti sono state le indicazioni dei cosiddetti ” sweep selettivi a livello genomico “, processi in cui un individuo acquisisce una mutazione vantaggiosa, soppiantando così altri individui strettamente imparentati. Da un lato, ciò comporta una perdita di diversità; dall’altro, dà origine a popolazioni di individui molto omogenee sia in termini di parentela che di funzione, che pertanto si distinguono nettamente l’una dall’altra nel set di dati. L’analisi ha mostrato che molte specie batteriche intestinali conosciute si ramificano in diverse di queste linee evolutive. Queste popolazioni sembrano differire per le condizioni in cui prosperano particolarmente bene.
“Se non ci si limita a contare le specie, ma si tiene conto dell’adattamento evolutivo, è possibile identificare le unità biologicamente rilevanti nel microbioma con molta più precisione”, afferma l’autrice principale Xiaoqian Annie Yu, del Centro di Microbiologia e Scienze dei Sistemi Ambientali (CeMESS) dell’Università di Vienna. “Anche all’interno della stessa specie batterica, alcune popolazioni si presentano con maggiore frequenza rispetto ad altre in determinate malattie. Quando si considerano tutte insieme, questo aspetto spesso rimane nascosto.”
Diffusione globale nel giro di pochi decenni
I ricercatori hanno inoltre trovato prove del fatto che popolazioni altamente competitive possono diffondersi rapidamente tra i continenti, in alcuni casi nel giro di pochi decenni. Finora, un simile fenomeno era stato osservato principalmente negli agenti patogeni.
“I nostri risultati dimostrano che i batteri intestinali sono più dinamici di quanto si pensasse in precedenza. I ceppi ben adattati possono diffondersi a livello internazionale e occupare nuove nicchie ecologiche”, afferma Martin F. Polz, responsabile dello studio e docente all’Università di Vienna.
Ciò suggerisce che non sono solo la dieta, i farmaci o lo stile di vita a modellare il microbioma, ma che anche i processi di trasmissione tra persone potrebbero svolgere un ruolo importante.
Nuove prospettive per la medicina e la diagnostica
Lo studio apre nuove prospettive per la ricerca sul microbioma. Invece di collegare intere specie batteriche alle malattie, in futuro potrebbe essere possibile individuare specificamente le popolazioni effettivamente significative. Ciò potrebbe migliorare la ricerca di biomarcatori e, a lungo termine, consentire terapie più precise, ad esempio promuovendo in modo mirato i ceppi batterici benefici o sopprimendo quelli problematici. Come prossimo passo, il team intende studiare quali geni distinguono le popolazioni identificate e quali funzioni biologiche sono ad esse associate.
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