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Il microbioma – Un nuovo organo umano?

Immagina l’eccitazione se i medici scoprissero improvvisamente un nuovo organo nel corpo umano! Questo è esattamente ciò che è accaduto negli ultimi anni. Ora sappiamo che, oltre ai polmoni, ai reni, al cervello, al fegato e al cuore, abbiamo un altro organo da considerare: il microbioma., Questo nuovo organo è completamente diverso, perché è fatto di microbi piuttosto che di cellule umane. I microbi sono minuscoli organismi che includono batteri. Una cosa sorprendente di questo nuovo organo è che siamo nati senza di esso. Mentre nasciamo, otteniamo batteri dalle nostre madri e poi continuiamo ad aggiungere sempre più batteri dall’ambiente, fino a quando non abbiamo circa 1.000 diversi tipi di batteri dentro e dentro i nostri corpi. I batteri sono minuscoli, ma possono moltiplicarsi molto rapidamente, e nel giro di poche ore, un batterio può diventare migliaia o addirittura milioni di nuovi batteri., Ognuno ha un microbioma unico, diverso da tutti gli altri. Abbiamo i nostri microbiomi per tutta la vita. Il microbioma si trova principalmente nell’intestino, ma c’è anche un microbioma cutaneo e un microbioma polmonare.

Ma aspetta—i batteri vivono con noi tutta la nostra vita? La maggior parte di noi pensa che i batteri siano presenti solo su cose sporche, ma sono ovunque, anche dentro di noi. I batteri non ci fanno solo ammalare: possono fare molti lavori utili, come convertire il latte in yogurt e formaggio o aiutare le piante a crescere., Abbiamo bisogno dei batteri nei nostri microbiomi per aiutarci a digerire il nostro cibo e per” addestrare ” il nostro sistema immunitario, tra gli altri ruoli importanti. Centinaia di laboratori in tutto il mondo stanno lavorando per capire gli altri ruoli che il microbioma svolge nella salute umana. La ricerca ha scoperto che le persone con determinate malattie e condizioni come la malattia infiammatoria intestinale o alcuni tumori hanno microbiomi diversi rispetto alle persone sane, ma è stato difficile dimostrare se i cambiamenti nel microbioma sono responsabili di queste malattie., Oltre a collegare il microbioma ai problemi dell’intestino e della pelle, il lavoro recente ha anche fornito prove convincenti che i batteri nell’intestino possono influenzare il nostro cervello! Ad esempio, quando i ricercatori hanno trasferito il microbioma intestinale da esseri umani che soffrono di depressione nei ratti, gli animali hanno iniziato a dimostrare comportamenti che sono anche caratteristici della depressione. I microbiomi degli esseri umani non depressi non hanno avuto questo effetto.,

Batteriofagi-Virus che infettano i batteri

I nostri microbiomi contengono trilioni di batteri che vivono dentro e sul nostro corpo, ma la diversità della vita che vive dentro di noi non si ferma qui. Jonathan Swift, che era un poeta Irlandese che ha scritto le righe:

Così, naturalisti osservare, una pulce

Ha piccole pulci che su di lui la preda;

E questi sono ancora più piccolo che mordono,

E così procedere all’infinito.

Swift non aveva mai sentito parlare del microbioma, ma lo descrisse perfettamente., Abbiamo batteri che vivono su di noi e batteri hanno virus batterici che vivono su di loro (Figura 1). Questi virus sono chiamati batteriofagi (o fagi). I virus differiscono dai batteri in quanto non sono fatti di cellule, ma consistono in un pezzo di DNA (o RNA) confezionato all’interno di un rivestimento proteico. I virus sono così piccoli che non possiamo vederli con i normali microscopi. Per darvi un senso della loro dimensione, se un fago fosse la dimensione del periodo alla fine di questa frase, allora gli esseri umani sarebbero quasi 4 miglia (6 km) di altezza! I fagi sono gli organismi più semplici e abbondanti sulla terra.,

I fagi sono davvero molto belli (Figura 2) e il modo in cui si riproducono è piuttosto interessante. Un fago si attacca a un batterio e inietta il suo DNA nella cellula batterica., Il batterio si trasforma quindi in una fabbrica di fagi, producendo fino a 100 nuovi fagi prima che esploda, rilasciando i fagi per attaccare più batteri. Ciò significa che i fagi possono crescere molto più rapidamente dei batteri. In alcuni paesi, in particolare nell’Europa orientale, i fagi sono effettivamente usati per trattare le infezioni batteriche. Ogni fago può uccidere solo un tipo di batteri, quindi se un medico sa che tipo di batteri sta infettando un paziente, potrebbe essere possibile dare al paziente un fago che può infettare e uccidere quel tipo di batteri. I fagi non possono infettare le cellule umane, e quindi non rappresentano una minaccia per noi.,

Fagi dentro di noi

Sappiamo da anni che molti fagi sono presenti nell’intestino, ma in realtà non ne sapevamo molto. Così, abbiamo iniziato a studiarli., In primo luogo, abbiamo separato i fagi da tutto il resto nell’intestino, e poi li abbiamo sequenziati. Il sequenziamento ci ha permesso di” leggere ” il DNA dei fagi e prevedere quanti e quali tipi di fagi sono presenti. Siamo rimasti stupiti nell’apprendere che ci sono decine di migliaia di diversi fagi nell’intestino umano. Molti di loro erano completamente sconosciuti. Alcuni dei fagi intestinali sono molto semplici e hanno solo tre geni, mentre altri sono enormi e hanno più di 500 geni.

Se ci sono molti fagi presenti nell’intestino e si replicano molto rapidamente, perché non eliminano semplicemente tutti i batteri intestinali?, Bene, come spesso accade nella scienza, la risposta è piuttosto complicata. A volte il fago non riesce a trovare il suo bersaglio batterico corretto nell’ambiente molto affollato dell’intestino. Inoltre, i batteri possono difendersi dai fagi in vari modi, tra cui impedire al fago di attaccarsi, tagliare il DNA del fago mentre entra nella cellula e persino fare il drastico passo di commettere “suicidio” per impedire al fago di moltiplicarsi e attaccare i parenti stretti dei batteri., Di conseguenza, c’è un equilibrio complesso tra fagi e batteri nell’intestino e si forma una relazione stabile. I batteri sono in continua evoluzione per combattere i fagi e i fagi sono anche in rapida evoluzione per superare le difese batteriche.

Perché è importante studiare i batteriofagi?

Perché siamo interessati a studiare i fagi nell’intestino? Perché qualcuno sta finanziando laboratori come il nostro e altri che stanno cercando di capire queste creature semplici ma complesse? Una ragione eccellente è che possiamo imparare molti principi biologici fondamentali studiando i fagi., Parecchi premi Nobel sono stati assegnati ai ricercatori di fagi proprio per questo motivo. Recentemente nel 2018 il premio Nobel per la chimica è stato assegnato a George Smith e Gregory Winter che hanno usato il fatto che i fagi crescono e mutano rapidamente per sviluppare nuovi anticorpi che sono stati usati per curare molte malattie, tra cui alcune forme di cancro.

Un altro motivo per cui studiamo i fagi nell’intestino è che speriamo che possano fornirci un modo molto preciso per manipolare o ingegnerizzare il microbioma., La nostra ipotesi è che i fagi siano una delle parti più importanti del microbioma, e stiamo progettando ed eseguendo esperimenti per testare quell’idea. Una cosa che stiamo facendo è trasferire il fago da un microbioma sano in un microbioma che è stato danneggiato dagli antibiotici, per vedere se possiamo ripristinare un microbioma sano.

Anche se la nostra ipotesi si rivela sbagliata, quasi certamente impareremo ancora molte cose lungo la strada., Ma se abbiamo ragione, un giorno i medici potrebbero essere in grado di usare i fagi per rimodellare il microbioma da uno stato malsano a uno sano, che potrebbe aiutare a curare diverse malattie o disturbi. Forse aggiungendo un numero molto elevato di fagi contro alcuni specifici batteri bersaglio, potremmo cambiare il microbioma in modo positivo. Forse ci sarà un momento in futuro in cui potremo “riparare” un microbioma danneggiato usando i fagi, in modo simile al modo in cui i chirurghi possono attualmente operare proprio su un cuore o un fegato danneggiati., Ma questo sarà possibile solo una volta che avremo una migliore comprensione del numero e della natura dei nostri fagi, e così tanti esperimenti devono essere fatti per arrivare a quel punto.

Un famoso scienziato di nome Sir Peter Medawar una volta ha descritto i virus come “una brutta notizia avvolta in una proteina”, ma, in futuro, speriamo di dimostrare che i fagi sono “un’opportunità avvolta in una proteina.”

Glossario

Microbioma: La raccolta di tutti i microbi in un particolare ambiente, come nel corpo umano.,

Microbo: organismi microscopici, come batteri, funghi e batteriofagi.

Batteri: un tipo di microbo. Un batterio è una singola cellula che può dividersi per formare due cellule.

Virus: un tipo di microbo che può infettare le cellule. I virus umani infettano le cellule umane, i virus vegetali infettano le cellule vegetali,ecc.

Batteriofago: un virus che infetta i batteri, chiamato anche fago.

DNA: La molecola che trasporta tutte le informazioni sotto forma di geni necessari per produrre proteine. Tutti gli organismi prendono il loro DNA dai loro genitori.,

Conflitto di interessi

L’autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi rapporto commerciale o finanziario che possa essere interpretato come un potenziale conflitto di interessi.