febbraio 2017inserto di Biolcalenda

La vitadei microbi

La vitadei microbi

febbraio 2017

I.R

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inserto di Biolcalenda

Sono gli organismi

più ant ichi del pianeta

e per alcuni mil iardi di anni

sono stati gl i unici abitanti

della Terra

IL MONDO INVISIBILEIL MONDO INVISIBILE

Con il termine microbi o microrganismi si intendono organismi non visibili ad occhionudo, costituiti da una sola cellula, come i batteri, alcuni funghi, i lieviti, i protozoi, lealghe unicellulari, ecc. A torto talvolta sono inclusi nei microrganismi anche i virus,che in realtà non vanno considerati organismi in senso stretto, in quanto non sonocostituiti da una cellula, ma solo da un acido nucleico (DNA o RNA) rivestito daproteine.I microrganismi sono presenti sulla Terra con un numero elevatissimo di specie e diindividui, ma la maggior parte dei microbi è costituita da batteri, organismi che sonoriusciti a colonizzare ogni parte del nostro mondo.I batteri sono gli organismi più antichi del Pianeta: esistono infatti da oltre tre miliardie mezzo di anni e per alcuni miliardi di anni sono stati gli unici abitanti della Terra.Sono, come già detto, formati da una sola cellula, però molto differente da quella diogni altro organismo attualmente vivente: sono cellule più piccole (circa un micron,cioè un millesimo di millimetro, contro una media di 20 micron delle cellule degliorganismi superiori come noi o gli animali o le piante) e non possiedono significativestrutture interne, a differenza delle cellule degli eucarioti (così sono chiamati gliorganismi diversi dai batteri, perché dotati di un nucleo interno alla cellula ben visibile,dal greco eu, bene e karion, nucleo).Inoltre tutti i geni di un batterio sono contenuti in un solo cromosoma piuttosto piccolo(costituito, in un batterio comune del nostro intestino, come Escherichia coli, da 4,5milioni di paia di nucleotidi, cioè le molecole che, come lettere di un alfabeto,permettono di trasportare l’informazione genetica), mentre negli eucarioti vi sono varicromosomi, ognuno dei quali è associato a proteine (ad esempio nell’uomo icromosomi sono 46, per un totale di 3,2 miliardi di paia di nucleotidi). Comeconseguenza di queste ridotte dimensioni, Escherichia coli possiede circa 4.300 geni(limitandoci a quelli che codificano proteine) contro i 20-25 mila dell’uomo, che ha

inoltre, in ogni cellula, molti altri genicon funzione regolatrice.Tuttavia anche le cellule degli organismisuperiori presentano tracce del mondobatterico: infatti all’interno della cellulaeucariote vi sono dei corpuscoliindispensabili per la vita cellulare, comei mitocondri, grazie ai quali le cellulerespirano, o i cloroplasti, grazie ai qualile cellule delle piante svolgono lafotosintesi, che in realtà sono dei batterientrati in simbiosi con queste cellule piùgrandi, all’incirca un miliardo e mezzodi anni fa. Questi corpuscoli sonoparzialmente indipendenti dalla cellulae possiedono ancor oggi un lorocromosoma di tipo batterico.

I batter i,veri dominatori del PianetaAttualmente i batteri costituiscono granparte della biomassa terrestre e sistima che meno dell’1% delle speciesiano state identificate. A causa delleloro dimensioni, della onnipresenza edella difficoltà di studiarli, conoscere ilnumero di specie di microrganismi èsempre stato molto difficile. Lamatematica e altri metodi di estrapo-lazione hanno però permesso diarrivare a una stima: le specie bat-teriche sarebbero (almeno) millemiliardi. I mille miliardi di speciebatteriche rappresentano un universoancora sconosciuto rispetto, adesempio, alle circa 100.000 speciecoltivate in laboratorio, e ai 5-6 milionidi specie classificate tra animali, piante,funghi e altri. Tutto sommato, il 99,9%delle specie batteriche devono ancoraessere scoperte.Calcolare la massa di tutti i batteri

terrestri è cosa molto ardua, comunqueun autore, Tom Gold, ha calcolato chela sola massa dei batteri del sottosuoloè probabilmente equivalente a 2 x1014

tonnellate, che corrisponde ad unostrato di circa 150 cm. esteso su tuttala superficie delle terre emerse, unaquantità di biomassa che sarebbeveramente superiore a quella della florae della fauna esistenti in superficie.Quello dei batteri è un incredibilemondo invisibile, ma fondamentale perla vita di tutti gli altri esseri viventi delPianeta: la loro attività è determinanteper lo svolgimento dei cicli biogeo-chimici, che rendono disponibili glielementi nutritivi (azoto, carbonio,fosforo, zolfo) per le piante e quindi pergarantire il nutrimento, attraverso lacatena alimentare, anche a tutti glianimaliStephen Jay Gould negli Alberi noncrescono fino in cielo (ArnoldoMondatori,1997- Milano) spiega chesono i batteri a dominare da sempre lavita. La vita, come testimoniano i fossili,per più della metà della storia terrestreè un racconto esclusivamente di batteri.L’uomo un po’ per arroganza e un po’per la scala di grandezza a cui è solitorapportarsi, non riesce a rendersi contoche noi viviamo nell’ “età” dei batteri eche la Terra è sempre stata nell’ “età”dei batteri. Noi umani ci consideriamo ipiù evoluti, perché siamo gli organismipiù complessi, ma i semplici battericontinuano ad essere presenti ovunquein quantità strabiliante sul Pianeta,dimostrando un adattamento allediverse condizioni della Terra chenessun mammifero, uomo compreso,ha mai avuto.Fatte queste precisazioni, è peròdoveroso dire che il termine generico“batteri” non è del tutto esatto: infattidobbiamo precisare che esistono duetipi di organismi batterici, tra loro tantodiversi geneticamente, quanto sonodiversi i batteri dagli eucarioti.Le forme più antiche e che ancor oggisono in grado di adattarsi agli ambientipiù estremi, sono chiamati Archaea oArcheobatteri, a sottolineare l’antichitàdi questo gruppo, mentre le altre formedi batteri sono dette Eubatteri, ovvero ibatteri che più comunemente cono-

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I l 99,9 per centodelle specie batteriche devono ancora essere scoperte.Si stima siano (almeno) mil le mil iardi

sciamo.Pur avendo anche differenzemorfologiche, ciò che distingue di più gliArchaea dagli altri batteri è la sequenzadel DNA e l’utilizzo dell’informazionegenetica e soprattutto la capacità,grazie a queste caratteristiche gene-tiche, di adattarsi agli ambienti estremie per questo vengo anche chiamatiestremofili. Sebbene siano presenti anche inambienti più ospitali, gli archeobatterisono gli abitatori degli ambienti piùinospitali della Terra. I termofili possonosvilupparsi a temperature superiori ai100 °C, come nei Campi Flegrei o nelParco Nazionale di Yellowstone, glipsicrofili a quelle inferiori a -10 °C,come nei ghiacci dell’Antartide, mentregli acidofili e gli alcalofili cresconorispettivamente in ambienti estrema-mente acidi o alcalini, infine gli alofiliprediligono ambienti a elevatissimasalinità (come le saline o nel MarMorto).

I l nostro corpo contiene moltissimi batter i, indispensabil iper la nostra v itaUno degli ambienti più colonizzati daibatteri è sicuramente il corpo deglianimali e in particolare dell’uomo. Alivello animale è sufficiente ricordare ilruolo dei batteri a livello intestinale: sipensi alle termiti e ai ruminanti, come ibovini. La cellulosa, di cui si nutronoquesti animali, non è da loro digeribiledirettamente, ma solo grazie allapresenza nel loro apparato digerente dibatteri in grado di farlo.A livello umano, la presenza di batteri èevidenziabile in tutto il corpo, masoprattutto lungo il canale digerente,dalla bocca all’orifizio anale (si trattadella ben nota “flora intestinale”), sullapelle e nell’apparato urogenitale.Si stima che dalle 500 alle 1000 speciedi batteri viva nel nostro intestino eapprossimativamente altrettante speciesi trovino sulla pelle. Ma quanti batteri ci sono nel nostrocorpo? Sicuramente tantissimi, migliaiadi miliardi di microbi che contribuisconoalla sua salute e al suo funzionamento;secondo una stima spesso citata,sarebbero oltre dieci volte di più delle

cellule umane. Tuttavia questo dato èstato recentemente rivisto: un nuovostudio apparso all’inizio del 2016, hamesso in discussione questa vecchiaipotesi, sostenendo che il rapporto tracellule e microbi si avvicina più a unpareggio. Tre studiosi dell’Istituto Weizmann, inIsraele, hanno calcolato che nel nostroorganismo cellule e microbi sonopresenti in un ordine di grandezzasimile: circa 30 mila miliardi di celluleumane in un maschio adulto medio,contro 40 mila miliardi di batteri. La vecchia teoria del rapporto uno adieci, citata molto spesso in articoliscientifici e pubblicazioni divulgative, fupresentata per la prima voltadal microbiologo Dwayne Savage in unimportante studio del 1977, anche seSavage usava un linguaggio proba-bilistico, senza affermare che sitrattasse di un dato certo. In ogni casoil numero di cellule batteriche,qualunque sia il calcolo che si ritienepiù esatto, supera il numero dellecellule del corpo umano, anche se inpeso, date le ridotte dimensioni dellecellule batteriche rispetto a quelle deglieucarioti, i microbi non superano unvalore compreso tra qualche etto epoco più di un chilo (a seconda dellestime). Sorprendente invece risulta il numero digeni che sono contenuti in questoecosistema microbico: i genomi diquesti batteri contengono un numero digeni più che centuplicato rispetto aquello dell’uomo.Comunque, il microbiota (ovvero lacomposizione della flora intestinale)entra in gioco in numerosi processifisiologici dell’organismo umano. Adesempio favorisce e regola la dige-stione degli alimenti, grazie ad unaserie di enzimi che sono in grado ditrasformare molte delle sostanze chearrivano nel canale digerente con i cibi,come lipasi, proteinasi, diastasi. Inoltrele cellule batteriche sono veri e proprilaboratori invisibili, entro i quali sisvolgono alcune attività enzimatichefondamentali sia per la loro replica-zione, sia per la produzione di compostiche vengono liberati all’esterno, nelcanale intestinale, e che quindi pos-

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Nel nostro intestino vivonodalle 500 al le 1000specie di batteri e altret tante si rintraccianosulla pel le

sono diventare attivi sulle sostanze intransito o sulle cellule della mucosa. Inoltre il microbiota ci assicura laproduzione di vitamine del gruppo B, ein particolare della B12 e favorisce lasintesi di energia disponibile perl’organismo.

Batter i e salute: i l ruolo del microbiomaBenché la percezione dei batteri siaprevalentemente legata a eventipatologici, la vita stessa dell’uomo èdipendente dalla presenza di batteri“buoni” che abitano diverse aree delcorpo umano.Oggi sappiamo che i batteri intestinali,oltre ad avere le funzioni descritte pocosopra, stanno diventando sempre piùveri e propri regolatori del benessere.Gran parte dei batteri sono in grado didifenderci dai loro simili appartenenti atribù “cattive” (ovvero i patogeni),usando molte armi, come il poten-ziamento del sistema immunitario o ilblocco dell’adesione degli stessipatogeni ai tessuti intestinali. Ma più recentemente si sono avuteanche evidenze di possibili implicazionidel microbiota intestinale nello sviluppodell’obesità e anche nella regolazionedello stress e dell’umore, in quello cheviene definito “asse intestino-cervello”.In pratica c’è una continua interazionetra noi e questa comunità micro-biologica che può fortemente influ-enzare il nostro stato di salute. Non deve stupire, quindi, la grandeattenzione che oggi la scienza dedica aquesti invisibili abitanti dell’organismo,testimoniata dal gran numero diricerche dedicate all’influsso delmicrobioma, così viene definito ilgenoma batterico, sull’ospite umano esulla sua salute.Negli ultimi anni la ricerca ha mostratocome le alterazioni di questo com-plesso ecosistema microbico siano ingrado di condizionare lo sviluppodell’obesità. Approfondendo le sostan-ziali differenze sia quantitative siaqualitative tra la flora battericaintestinale di individui obesi e magri è

emerso un legame importante tra floraintestinale e metabolismo energetico: ibatteri intestinali sono, infatti, in gradodi influenzare il metabolismo basaledell’ospite. Secondo uno studio, ciò dipenderebbeanche dal fatto che la flora batterica diun umano obeso influisce sull’appetito(aumentandolo a dismisura) esull’utilizzo delle calorie presenti neglialimenti (aumentandone il depositonell’organo adiposo anziché dirigerleverso l’utilizzo energetico immediato).Si è visto anche che il microbioma haun ruolo importante nella rispostaimmunitaria: diverse malattie dipresunta origine auto-immune sonoassociate alla presenza di determinatevarietà batteriche presenti nell’intestinoo sulla cute dei pazienti (tra queste, lemalattie infiammatorie intestinali, ledermatiti atopiche, la psoriasi, l’acne,alcune malattie febbrili dei bambini, leinfezioni micotiche dei genitalifemminili, alcune infezioni dell’apparatourinario maschile, il morbo di Crohn, eperfino alcuni sottotipi di autismoinfantile). La sola genetica non basterebbe aspiegare l’attuale “epidemia” di malattieautoimmunitarie e allergiche nei Paesiindustrializzati. Il genoma umanosarebbe in qualche modo influenzatodal microbioma, tanto da ipotizzare chemodificazioni nel tempo di quest’ultimopossano essere responsabilidell’espressione o meno di geni chepossono portare a una malattia.In ultima analisi, noi non possiamovivere senza i nostri microbi, che, alcontrario, possono benissimo vivereanche senza di noi: la nostra salutedipende dall’equilibrio tra le variespecie microbiche, presenti soprattuttonel nostro intestino. Possiamo dunque concludere affer-mando che lo studio di questo mondostraordinario e invisibile, costituito daimicrobi presenti nel corpo umano, stariscrivendo interi capitoli della medicinae che molti sono ancora gli aspetti, dastudiare, che riguardano il rapporto tranoi e i nostri batteri.

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È ipotizzabile chele modificazioni del microbiomasiano responsabil idell ’attuale “epidemia” di malattieautoimmunitarie e allergiche

Gianni Tamino