C’è ancora molto da fare

Questa settimana ricorre il decimo anniversario della prima grande indagine sulla diversità microbica nel corpo umano, pubblicata in temperare la natura dal consorzio Human Microbiome Project (HMP), di cui ero membro.

Prima di allora, i microbiologi avevano appreso che il corpo ospitava una grande massa di microrganismi – una miscela inebriante di batteri, insieme ad archaea, funghi e virus, diffusa su pelle, bocca e intestino – insieme soprannominata il microbioma. Ma fino al 2012 non ne avevamo un inventario.

In effetti, questo inventario – un indicatore di 10 trilioni di cellule appartenenti a migliaia di specie, per un peso totale di 200 grammi a persona – è ancora incompleto. È tempo di costruire su questo primo lavoro (Consorzio Progetto Microbioma Umano temperare la natura 486, 207-214; 2012), e il rinnovamento del progetto di rappresentare l’umanità in tutte le sue complessità.

Ci è voluto molto tempo per portare avanti questo lavoro iniziale e il ritmo del cambiamento negli ultimi 10 anni è stato sbalorditivo. Solo quando le tecnologie di sequenziamento genetico ad alto rendimento – sviluppate per la prima volta per esaminare il genoma umano – sono economiche e abbastanza facili da usare, l’HMP può iniziare.

Dopo il suo lancio nel 2007, il consorzio ha sequenziato il DNA dei microbi trovati in e su 242 persone provenienti da due città americane – Boston, Massachusetts e Houston, Texas, selezionate per la loro vicinanza ai due importanti centri di sequenziamento dell’epoca, MIT e Harvard Università vicino a Boston e College of Baylor Medicine a Houston. Le nostre attività sono state finanziate dal National Institutes of Health Joint Fund degli Stati Uniti e il progetto ha attirato esperti accademici di bioinformatica affinché il microbioma lavorasse sui dati dopo che li abbiamo generati.

Il risultato è stato il primo catalogo completo di un microbioma umano americano intatto: un elenco completo di geni nel microbioma intestinale. HMP ha dimostrato che gli organismi cellulari nell’intestino sono costituiti da migliaia di specie, con un’impronta genetica 150 volte più grande del genoma umano. In definitiva, questa abbondanza ha portato i biologi a considerare il microbioma come un “secondo genoma” acquisito ecologicamente, nascosto nell’ospite umano.

Dieci anni dopo, sappiamo molto. Il microbioma è essenziale per il corretto funzionamento del nostro organismo ed è fondamentale per digerire il cibo e respingere gli agenti patogeni. Esperimenti sui topi hanno dimostrato che la composizione del microbioma influisce sui livelli di impegno sociale e ansia. Malattie comuni come le malattie cardiovascolari e l’obesità sono associate a microbi distinti. Anche il modo in cui i bambini acquisiscono i loro microbiomi e cosa influenza lo sviluppo del microbioma sta diventando più chiaro.

(Data l’importanza dei microbi per la nostra salute, trovo ancora sorprendente che assumiamo così tante funzioni per molti degli organismi che raccogliamo dal nostro ambiente, fin dalla nascita.)

Abbiamo anche molte domande accademiche senza risposta. Da dove viene il microbioma nell’evoluzione umana? In che modo i microbi umani differiscono da quelli dei primati, dei mammiferi o degli animali in generale? Come viene trasmesso il microbioma da una persona all’altra? E cosa significa cambiare le diete e gli stili di vita sterili per la salute a lungo termine del microbioma?

Quella prima analisi dieci anni fa, reclutando persone da due sole città americane, fallì miseramente nel catturare la vera diversità del microbioma umano. Ora sappiamo che le persone in Europa e Nord America hanno microbiomi meno diversi rispetto alle persone nelle regioni meno industrializzate, ma si sa molto poco sulle differenze tra i gruppi di esseri umani.

E ancora meno si sa di molti altri animali che a loro volta contengono masse. Sappiamo che i microbi degli animali in cattività differiscono da quelli degli animali che vivono allo stato brado, nello stesso modo in cui i microbi umani industriali differiscono da quelli non industriali. Ma la maggior parte di ciò che sappiamo sui microbi animali viene dagli studi sugli animali in cattività. Man mano che perdiamo la diversità animale a causa del rapido cambiamento globale, stiamo perdendo anche la diversità del microbioma.

Imparare di più richiederà un nuovo consorzio, che campiona migliaia di persone e animali. Abbiamo bisogno di biologi della fauna selvatica e scienziati del microbioma che lavorino fianco a fianco, con equipaggi in tutto il mondo. Dieci anni fa, l’analisi era così nuova e difficile che non ci siamo preoccupati molto di ottenere i campioni. Ora, ottenere campioni da fonti globali dovrebbe guidare il processo.

Alcuni potrebbero chiedersi perché abbiamo bisogno di un nuovo consorzio enorme e costoso mentre i dati stanno già affluendo: uno studio alla volta, condotto da laboratori che lavorano da soli. Ma l’industrializzazione si sta muovendo rapidamente e le moderne forze economiche hanno il potenziale per sradicare la diversità microbica più velocemente di quanto si possa osservare.

Un nuovo consorzio consentirebbe agli scienziati di compilare finalmente la mappa del microbioma. È come un censimento umano: non aspettare che le singole città riportino il numero di abitanti; Fai uno sforzo concertato per farlo in modo coerente e rapido prima che cambi.

Una nuova e ampia analisi della diversità del microbioma umano e del più ampio microbioma dei vertebrati metterà finalmente i dati delle nostre specie nel contesto dell’albero della vita. Solo allora possiamo davvero estendere l’etichetta “umano” al microbioma.

conflitto d’interesse

L’autore non dichiara alcun conflitto di interessi.