Che cos’è un microbioma?
Un microbioma è la comunità di microrganismi—come batteri, archaea, funghi e virus—che abitano un ecosistema o un organismo., I microrganismi dominano tutte le altre forme di vita ovunque gli scienziati hanno guardato, incluso il corpo umano, i terreni e i sedimenti della Terra, gli oceani e i corsi d’acqua dolce, l’atmosfera e persino ambienti estremi come le prese d’aria idrotermali e i laghi subglaciali. Gli scienziati usano anche il termine microbioma per riferirsi a tutti questi geni associati a quelle forme di vita.
I microbiomi hanno diverse cose in comune. I loro abitanti sono abbondanti e diversi, che variano da luogo a luogo e anche da persona a persona. Sono anche dinamici, cambiando in risposta a fattori come la dieta o il clima., Infine, sono interconnessi con il loro ospite, impegnati in una relazione dare-e-prendere che è spesso utile, anche essenziale, sia per l’ospite che per i loro microrganismi residenti.
I ricercatori stanno appena iniziando a studiare i microbiomi in modo sistematico. Stanno cercando di capire cosa rende un microbioma sano, incluso ciò che i microbi sono presenti e cosa stanno facendo quei microbi, così come come i microbiomi cambiano nel tempo, come tali comunità rimangono equilibrate e come i cambiamenti ai microbiomi influenzano la salute umana o ambientale., La ricerca sul microbioma è anche importante per l’esplorazione spaziale e la scienza planetaria. Comprendere i microrganismi qui sulla Terra, specialmente quelli che abitano ambienti estremi, può aiutarci a capire il potenziale per forme di vita alternative e per cercare la vita su altri pianeti. Possono anche aiutarci a colonizzare altri pianeti aiutandoci a creare ambienti simili alla Terra e amichevoli per l’uomo molto, molto lontano.
Dove esistono i microbiomi?,
Il microbioma umano
Ci sono sia enormi somiglianze che differenze tra le specie batteriche che predominano in diversi siti del corpo umano. I colori rappresentano diversi phyla e famiglie di batteri. (Credito: Darryl Leja, NHGRI)
Il microbioma umano è la raccolta di trilioni di microbi che vivono dentro e sul corpo umano. Consiste di circa un migliaio di diverse specie batteriche che risiedono nella bocca, nell’intestino e nella vagina e sulla pelle., Questi microbi, e i geni che esprimono, ci rendono un “superorganismo” composto da cellule umane e microbiche. (Si stima che il microbioma di una persona possa includere fino a 8.000.000 di geni oltre ai 20.000 – 25.000 che si stima contenga il nostro genoma.) Il microbioma varia notevolmente tra i diversi siti del corpo. In effetti le differenze tra l’intestino di una persona e i microbi orali sono state paragonate alle differenze tra i microbi trovati nel suolo e negli oceani.
Iniziamo a raccogliere i microbi quando siamo nati., Questo processo continua nei prossimi tre anni di vita fino a quando non abbiamo sviluppato un microbioma maturo. I risultati non sono casuali: il microbioma umano è composto da specifici tipi di microrganismi che si completano a vicenda e il loro ospite, svolgendo funzioni essenziali per la vita. Ad esempio, alcuni batteri intestinali sintetizzano vitamine e sostanze neurochimiche; altri aiutano la digestione e rafforzano il sistema immunitario; alcuni possono persino guidare come si sviluppa il cervello. Sebbene il microbioma di tutti sia simile, varia da un individuo all’altro., Gli scienziati stanno ancora cercando di spiegare come questa diversità microbica avviene, ma è probabilmente influenzato da fattori tra cui dieta, ambiente, genetica ospite e l’esposizione ai microbi presto nella vita.
I ricercatori stanno continuando a studiare le identità e le attività dei nostri passeggeri microbici e le connessioni tra il microbioma umano, la salute e la malattia. Il loro obiettivo finale è capire cosa costituisce un ecosistema microbico umano sano e quindi sviluppare modi per mantenerlo sano e ripararlo quando necessario.,
Dal 2005, sono stati istituiti almeno otto programmi per studiare il microbioma umano, tra cui il progetto statunitense Human Microbiome, la Canadian Microbiome Initiative, MetaHIT (UE e Cina) e il Consorzio Human Metagenome in Giappone.
Il microbioma terrestre
Le stime del censimento microbico del suolo superano le 40.000 specie per grammo.
I terreni e i sedimenti della Terra ospitano anche comunità microbiche., La diversità in questi habitat sotterranei è estremamente elevata, con stime del censimento microbico del suolo superiori a 40.000 specie per grammo. Nel suolo, i ricercatori hanno scoperto che i microbi sono essenziali per sostenere la vita delle piante, mediando l’assorbimento e l’ingresso di nutrienti nella catena alimentare, ciclando carbonio e azoto, abbattendo gli inquinanti e molto altro. Tuttavia, la loro comprensione del microbioma del suolo è in ritardo rispetto al microbioma umano, in parte a causa della sua vastità e complessità., Una manciata di sforzi coordinati su larga scala sono in corso per caratterizzare il microbioma del suolo, tra cui il progetto Microbioma terrestre, TerraGenome, il progetto Microbioma brasiliano, la China Soil Microbiome Initiative, EcoFINDERS e MicroBlitz. L’obiettivo finale è prevedere come le comunità microbiche reagiranno alle condizioni ambientali come la siccità e gestire queste comunità per migliorare le rese, il contenuto nutrizionale o la capacità di stoccaggio del carbonio delle piante, per esempio.,
Il Microbioma oceanico
Gli oceani coprono circa il 70% del pianeta, eppure stiamo appena iniziando a conoscere i loro abitanti microbici e cosa fanno per noi e per il pianeta. Insieme, gli organismi estremamente piccoli, o “nanoplancton” che svolgono questi servizi essenziali formano il “nanobioma.”Questi minuscoli microbi sono altamente specializzati e ottimizzati per il loro ambiente, dove forniscono energia e elementi costitutivi chimici a forme di vita più grandi. Producono anche la metà dell’ossigeno che respiriamo e riciclano circa la stessa proporzione di anidride carbonica dall’atmosfera., Rimuovono anche la maggior parte del metano dagli oceani del mondo. Crociere di ricerca come Tara Oceans e la Global Ocean Sampling Expedition hanno iniziato a campionare, sequenziare e analizzare il microbioma oceanico, dalle acque superficiali illuminate dal sole che vengono mescolate dal vento a strati profondi scuri che relativamente imperturbabili. Gli scienziati stanno cercando di capire come il microbioma oceanico mantenga il suo equilibrio in una tale gamma di condizioni.
Il microbioma atmosferico
Anche l’atmosfera ha un microbioma, anche se è difficile da campionare e studiare., Ciò che è chiaro è che i microbi nell’atmosfera sono ovunque, variano da luogo a luogo e possono rimanere sospesi per settimane. L’atmosfera trasporta questi microbi, liberamente o attaccati a particelle come polvere, in tutto il mondo, un fenomeno che può avere un impatto sull’agricoltura, sulle malattie infettive, sulla salute umana, sulle nuvole, sulle precipitazioni e sull’approvvigionamento idrico.
Qual è la connessione tra microbiomi, salute e malattia?,
Mentre i ricercatori iniziano a capire cosa costituisce un microbioma sano, stanno anche imparando come gli squilibri nelle comunità microbiche possono causare malattie e come ripristinare l’equilibrio come mezzo di trattamento. Esistono forti associazioni tra il microbioma intestinale umano e le condizioni tra cui obesità, diabete di tipo 2, cirrosi, artrite reumatoide e malattia infiammatoria intestinale. I ricercatori hanno già ripristinato il” normale ” microbioma intestinale umano utilizzando trapianti fecali per curare infezioni ricorrenti con il batterio Clostridium difficile., Ci sono ancora altre associazioni tra il microbioma intestinale e disturbi tra cui ansia, depressione e autismo che i ricercatori stanno ancora esplorando. Uno degli obiettivi principali della ricerca sul microbioma è spostare la ricerca sul microbioma dalla correlazione alla causalità e scoprire i meccanismi con cui i microbi influenzano la salute e le malattie.
Qual è la connessione tra microbiomi e spazio?
Un catalogo contenente le firme di riflessione delle forme di vita terrestri che potrebbero essere trovate sulle superfici dei pianeti in tutto il cosmo. (Credito: Hegde S., et al, PNAS, 2015)
Anche gli scienziati che guardano allo spazio sono interessati ai microbiomi. Che ha senso se si considera come i microbi fondamentali sono per la vita sulla Terra. Dovremmo cercare di colonizzare un altro pianeta, capire come i microbi aiutano a rendere abitabile la Terra potrebbe permetterci di creare più condizioni simili alla Terra su altri pianeti-condizioni necessarie per sostenere la vita umana. I ricercatori stanno anche studiando se i microrganismi potrebbero aiutarci a raccogliere minerali essenziali dalle rocce marziane o sintetizzare materiali per costruire o sostituire attrezzature in luoghi remoti., E la NASA ha un programma per studiare il microbioma di un astronauta per valutare l’impatto dei viaggi spaziali sulla salute umana. Infine, gli scienziati alla ricerca di pianeti abitabili e vita extraterrestre stanno studiando i microbi per guidare la loro ricerca. Le comunità microbiche negli ambienti più estremi della Terra li aiutano a capire le condizioni necessarie per sostenere la vita e quali tipi di biosignature cercare su altri pianeti.