Il futuro della ricerca medica: il microbioma. Conversazione con il Prof. Ugo Covani

L’anno 1687 spesso non viene indicato come l’anno in cui l’essere umano ha scoperto un nuovo mondo e in pochi paragonano Antoni Van Leeuwenhoek a Neil Armstrong. Ma al pari dell’astronauta statunitense, all’ottico olandese si deve l’inizio di un grandissimo viaggio tra l’infinito: le meraviglie dei microorganismi. Con un ingrandimento di circa 300 volte, Van Leeuwenhoek per primo vide i microorganismi, ma solo alla fine del XIX secolo si è assistito al grande sviluppo della microbiologia, con il crollo della teoria della generazione spontanea: fino al XVII secolo, infatti, si pensava che gli organismi viventi potessero generarsi spontaneamente dalla materia in decomposizione. Si intuiva la presenza dei microrganismi attraverso il fenomeno del contagio.

Un viaggio oggi raccontato dal prof. Ugo Covani, il quale ha entusiasmato la platea durante l’ultimo congresso della Fondazione Castagnola. È stato ricordato uno dei padri della microbiologia, il medico batteriologo tedesco Robert Koch. È lui che, nel 1876, introdusse il concetto di eziologia dimostrando la relazione fra malattia e batteri. Studiò il carbonchio e scoprì che il sangue degli animali infetti conteneva cellule microbiche del batterio Bacillus Anthracis. Se tale sangue era iniettato in un secondo animale questo si ammalava e moriva. Tale malattia poteva essere passata anche ad un terzo e un quarto animale fino a sterminare una mandria intera. I suoi studi hanno generato dei postulati che sono rimasti in vigore per decenni. Se ci si guarda oggi intorno, ci rendiamo conto di quanto sia ancora complesso e da esplorare il mondo microbiotico. Andando ad osservare ciò che succede nella bocca, le prime ricerche si devono al prof. Willoughby D. Miller con lo studio presentato nel 1890 “Micro-Organism of the Human Mouth”. Uno studio che ancora oggi rimane fondamentale in quanto una delle direzioni più intriganti verso la moderna odontoiatria è dato dalle evoluzioni scientifiche verso la conoscenza dei microorganismi e le loro interazioni. Oltre il 99% del mondo microbico rimane ancora da esplorare e, come sottolineato dal prof. Covani, la ragione principale di ciò è che i metodi dipendenti dalla cultura utilizzati nei laboratori sono grossolanamente insufficienti, in quanto supportano la crescita di meno dell’1% dei microrganismi presenti in natura. Questa limitazione ha richiesto lo sviluppo di tecniche per aggirare la dipendenza dalla cultura e ottenere l’accesso alla stragrande maggioranza dei microrganismi. La classificazione delle colture fatte singolarmente impedisce, infatti, di comprendere cosa si verifica quando queste vengono combinate con l’azione di altri batteri. Un intero mondo ancora da esplorare. Lo sviluppo di tecniche indipendenti dalla cultura ha ridisegnato lo studio della diversità microbica e delle dinamiche della comunità: l’applicazione di approcci genomici e metagenomici sta contribuendo alla caratterizzazione della reale diversità microbica. Un terreno di ricerca fertile, in quanto la capacità di queste tecniche ad alto rendimento ha aperto le porte per esplorare il vasto numero di forme microbiche “non coltivabili” in un tempo sostanzialmente inferiore. È solo negli anni ‘40 che la microbiologia stabilisce più strette relazioni con le altre discipline biologiche, grazie alle interazioni che si sono venute a creare con la biochimica e la genetica. La confluenza tra discipline come la microbiologia, la genetica e la biochimica portò, ben presto, allo sviluppo della genetica moderna e della biologia molecolare.

Il prof. Covani ha poi proseguito la sua relazione spiegando quale sia la funzione del Biofilm: una comunità coordinata e organizzata di batteri i quali colonizzano un substrato aderendo ed associandosi in micro-colonie. Il Biofilm è quindi un ecosistema costituito da batteri, prodotti del metabolismo batterico, liquidi organici, ossia sangue e saliva. Lo studio di queste microcolonie sta generando una serie di risposte a molti quesiti che sono direttamente correlati con la pratica clinica; infatti, queste micro colonie esistono in diversi ambienti, hanno un elementare sistema di comunicazione e una resistenza non solo alle difese dell’ospite, ma anche agli antibiotici e antimicrobici. L’antica credenza che per guarire bisogna andare ad eliminare questi batteri sta oggi scomparendo dinanzi la consapevolezza che star bene significa essere in armonia con questi stessi batteri. Ciò sta aprendo la strada a nuovi metodi per comprendere meglio il concetto di microbiota e microbioma. Lo studio dei genomi, sia umani che microbici, può fornire informazioni sull’eziologia della malattia, nonché aiutare a chiarire i potenziali approcci per l’intervento terapeutico. Il microbiota umano è una popolazione di oltre 100 miliardi di microrganismi che vivono nel nostro intestino, bocca, pelle e in altre zone del nostro corpo. Questa comunità microbica finisce con partecipare alle funzioni rilevanti per sostenere la vita. Essi sono necessari per digerire il cibo, per evitare che alcuni batteri provochino la malattia e per sintetizzare sostanze nutritive essenziali e vitamine. E la visione si allarga, oggi, al patrimonio genetico di questi microorganismi, il microbioma, e le sue interazioni con il patrimonio genetico umano. Si pensi che il numero totale di geni associati con il microbiota umano supera di 100 volte il numero totale di geni umani. Lo studio di questo “secondo genoma” ci consentirà di guardare alla salute e alla malattia come frutto delle interazioni di questo insieme piuttosto che dall’azione di singole specie batteriche.

Un altro sviluppo importante della ricerca è inoltre dato dalle possibilità offerte dalla biogeografia, ossia la distribuzione spaziale di questi batteri. L’organizzazione spaziale di complessi microbioti naturali è fondamentale per comprendere le interazioni delle singole specie che compongono una comunità. Le ricerche portano oggi ad avere delle nuove consapevolezze, come il fatto, per esempio, che anche solo la nascita con un parto cesareo crea un differente ambiente microbiologico rispetto a quello di un parto naturale. E andando avanti nella ricerca resta fondamentale comprendere che, dopo l’intestino, è la bocca ad avere la maggior interazione con il mondo microbiotico, dando ai ricercatori ampi spazi di ricerca. Una delle ipotesi oggi più interessati riguarda anche le alterazioni del microbiota rispetto ai diversi stili di vita, con l’idea che l’evoluzione dell’uomo è strettamente correlato all’evoluzione del microbiota stesso. L’insieme dei microrganismi ospitati nella specie umana, infatti, può essere paragonato a un vero organo supplementare.

Oggi diventa quindi limitativo pensare, per esempio, alla parodontite come dovuta ad un semplice germe, quanto ad un certa interazione dei microrganismi del microbiota, dando nuove possibilità di cura e prevenzione. Il microbiota orale è diverso in ogni individuo e rappresenta una sorta di impronta digitale, in grado di identificarci univocamente e, soprattutto, capace di determinare il nostro stato di salute fin dalla nascita. Gli antibiotici ci hanno dato nel secolo scorso un momento di euforia: oggi bisogna assolutamente superare il mero combattimento teso alla distruzione dei microorganismi per indirizzarsi verso una profonda conoscenza e consapevolezza della loro esistenza. Una ricerca tendente non solo all’identificazione dei microorganismi ma alla comprensione di come si comportano e come questo va a combinarsi con il mondo circostante. Promuovere un microbiota in equilibrio è quindi il nuovo obiettivo di professionisti e pazienti per mantenere o ripristinare efficacemente la salute orale. Un piccolo passo per l’uomo, sconfinate possibilità per l’umanità.

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