Microbioma umano / Human microbiome

Microbioma umano / Human microbiome

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

“Microbioma umano” è un neologismo da poco entrato nei grandi circuiti mediatici. Esso fa riferimento ad una entità che accompagna l'umanità fin dalle sue più remote origini ma che solo da alcuni anni si è iniziato a studiare sistematicamente. I risultati stanno rapidamente modificando l'orizzonte concettuale dell'intera medicina e mettendo radicalmente in discussione alcune delle opinioni e delle pratiche cliniche più consolidate.

Col termine Microbiota si intende l’insieme di tutti i microrganismi (il Microbiota) presenti all'interno di un determinato organismo. Col termine Microbioma si intende il patrimonio genetico (genoma) complessivo di queste popolazioni microbiche e le sue interazioni con l’organismo ospite.

Ma andiamo con ordine. La storia della scoperta del microbioma umano inizia tra il 2005 e il 2006 all'Institute for Genomic Research di Rockville, nel Maryland, Stati Uniti.

E' qui che Steven R. Gill e i suoi colleghi riescono per la prima volta - grazie ad una serie di finanziamenti messi loro a disposizione da alcuni organismi militari - a sequenziare il genoma dei batteri contenuti nell'intestino di due individui.

Dopo aver analizzato milioni di coppie di basi provenienti da catene di RNA batterico, ottenute grazie a migliaia di reazioni chimiche necessarie per separare ed aprire le catene degli acidi nucleici, i dieci ricercatori che firmarono lo studio destinato a inaugurare il secolo della meta-genomica non avevano che un'immagine sfocata del microbiota intestinale ma, ciò nonostante, dal punto di vista scientifico, avevano scoperto una miniera d'oro; qualcosa che avrebbe cambiato per sempre la nostra visione della medicina. La ricerca condotta da Gill e colleghi dimostrò infatti per la prima volta l'esistenza di un legame che collegava dieta, stile di vita, età e provenienza geografica con il tipo di batteri che risiedevano nell'intestino di soggetti sani. [Gill, Steven R et al. 2006]

Concludendo l'articolo i ricercatori si auguravano che esso potesse dare impulso a nuovi studi finalizzati a comprendere meglio gli effetti dell'età e della dieta e di specifiche condizioni patologiche sul microbioma umano. E postulavano l'ipotesi che un sequenziamento periodico del microbiota intestinale avrebbe potuto in futuro permettere di comprendere meglio gli effetti dei cambiamenti ambientali sulla microevoluzione dei nostri simbionti e sugli effetti a cascata che tali modifiche avevano sulla salute dell'uomo.

Negli anni che seguirono (dal 2007 al 2011), un progetto governativo finanziato dal governo statunitense con circa 173 milioni di dollari (lo Human Microbiome Project) avrebbe sequenziato il microbiota di altri 250 volontari giungendo ad ampliare incredibilmente i confini di ciò che oggi consideriamo il corpo umano. Gli obiettivi della prima fase di quel progetto consistevano nel: 

• creare un database di riferimento delle sequenze genomiche microbiche
• chiarire i legami esistenti tra microbioma e stato di salute/malattia
• sviluppare nuove tecnologie e nuovi strumenti per l'analisi dei risultati ottenuti

Una serie di obiettivi apparentemente molto ambiziosi. Eppure in soli cinque anni essi vennero quasi completamente raggiunti.

Dopo la conclusione della prima fase del progetto, nel 2012 è partita la fase successiva dello Human Microbiome Project con lo scopo di approfondire ulteriormente i legami tra microbioma, stato di salute e stato di malattia, con particolare attenzione alle modifiche del microbioma in corso di: 

• gravidanza
• malattie infiammatorie intestinali dello stato di salute a lungo termine (grazie a studi longitudinali di popolazione)

Tutti questi studi ci hanno dimostrato in maniera incontestabile che nel nostro corpo non viviamo da soli, ma in condivisione con una moltitudine di ospiti. Ovvero che noi esseri umani siamo come un vascello che trasporta una ciurma di batteri che vivono stabilmente in simbiosi con noi ed il cui numero e la cui varietà si modificano sulla base di una serie di fattori che sono strettamente legati alle nostre abitudini.

Questi batteri non si limitano a viaggiare gratis, a nutrirsi a nostre spese, e a farci ammalare di quando in quando, ma ci forniscono un genoma ricchissimo da cui prendiamo a prestito una gran quantità di geni, che ci sono necessari per sopravvivere e adattarci ad un mondo in continuo cambiamento. Questo genoma, che costituisce in pratica il nostro secondo corredo genetico, viene definito appunto microbioma umano.

Mentre soltanto dieci anni or sono l’analisi del genoma dei microrganismi era riservata a pochi centri di ricerca internazionali e il suo costo era decisamente proibitivo, già oggi il prezzo di un sequenziamento di microbiota intestinale è sceso a circa ottanta euro e, con l’aumentare dei volumi, è facile prevederne una ulteriore sensibile diminuzione. Inoltre grazie al miglioramento degli algoritmi di analisi biostatistica e all'aumento della potenza di calcolo dei moderni computer i risultati di questo tipo di test stanno diventando sempre più facilmente interpretabili. Non è difficile pertanto immaginare che da qui a un paio d'anni i sequenziamenti microbici intestinali saranno divenuti esami clinici di routine, eseguibili nella maggior parte degli ospedali regionali italiani. Esami di cui sarà opportuno saper riconoscere indicazioni e limiti ed i cui risultati bisognerà imparare ad interpretare.

La distruzione indiscriminata dei microbi, e con essi del loro patrimonio genetico (il microbioma, appunto), associata all'alterazione delle abitudini dietetiche e dello stile di vita, ha portato con sé una serie di effetti collaterali dei quali la maggior parte delle persone - e purtroppo anche gran parte dei medici - è tuttora all'oscuro e ha contribuito in questo modo all'aumentata prevalenza di alcune tra le più diffuse malattie del secolo.

L'alterazione del microbioma umano si associa con l'aumentata incidenza di molte malattie autoimmuni, di malattie infiammatorie intestinali, di malattie metaboliche, di diabete e obesità, di malattie cardiovascolari, di disturbi d'ansia, di alcuni tumori dell'apparato gastrointestinale e molto altro ancora.

Il mantenimento di un microbioma equilibrato, che dipende dal fatto di possedere una stabile varietà  di specie batteriche all'interno del nostro corpo (il microbiota), garantisce un metabolismo sano e può addirittura contrastare alcune predisposizioni patologiche derivanti da anomalie della genetica umana.

Viceversa un microbioma poco stabile e poco variato è tipico dei neonati, dei soggetti affetti da malattie infiammatorie di natura auto-immune, dei pazienti che hanno subito numerosi cicli di terapie antibiotiche, degli anziani ricoverati nelle strutture di lungodegenza e più in generale si associa solitamente a uno stato di salute cagionevole e ad una peggiore qualità della vita.

Ma quanti sono i batteri che portiamo in giro con noi ogni giorno? Se andassimo a eseguire un conteggio dei diversi tipi di cellule di cui è composto il corpo umano, scopriremmo che, a fronte di circa 10 trilioni di cellule umane, esso contiene circa 100 trilioni di cellule batteriche, in gran parte localizzate nel tubo digerente.

In pratica – da un punto di vista strettamente numerico - i batteri ci surclassano di circa dieci a uno. E questi batteri, per quanto piccoli, hanno anche un peso non indifferente. In un individuo adulto di circa 70 kg. il peso totale dei batteri che vivono in simbiosi con il suo organismo ammonta a circa 1,6 kg. Un peso questo che è di poco superiore al peso del suo cervello e di poco inferiore a quello del suo fegato.

Se infine consideriamo l'apporto fornito da questi microbi alla genetica totale dell'uomo, scopriamo che esso è ancora più vasto rispetto alle semplici proporzioni numeriche. In un corpo umano circa il 99% della componente genetica è infatti di origine batterica. Certo, le cellule umane contengono molti più geni delle cellule batteriche, ma in termini di quantità di patrimonio genetico effettivamente disponibile i geni di provenienza umana non sono nemmeno lontanamente confrontabili con quelli apportati dai batteri.

ENGLISH

"Human Microbiome" is a neologism that has just entered large media circles. It refers to an entity that accompanies humanity from its most remote origins but has only been studying systematically for some years. The results are rapidly changing the conceptual horizon of the whole medicine and radically questioning some of the more consolidated opinions and clinical practices.

By the term, Microbiota is meant the set of all microorganisms (the Microbiota) present within a given organism. By the term, Microbiome has meant the overall genetic heritage (genome) of these microbial populations and its interactions with the host organism.

But let's go with order. The story of the discovery of human microbiology begins between 2005 and 2006 at the Institute for Genomic Research in Rockville, Maryland, USA.

It is here that Steven R. Gill and his colleagues, for the first time - through a series of funding made available to them by some military organizations - succeed in sequencing the genome of bacteria contained in the intestines of two individuals.

After analyzing millions of bases from bacterial RNA chains obtained through the thousands of chemical reactions necessary to separate and open nucleic acid chains, the ten researchers who signed the study to inaugurate the century of metagenomics did not They had a blurred image of the intestinal microbial but, nevertheless, from the scientific point of view, they had discovered a gold mine; Something that would change our vision of medicine forever. The research conducted by Gill and colleagues showed, for the first time, the existence of a link that linked diet, lifestyle, age, and geographic origin to the type of bacteria that resided in the intestines of healthy subjects. [Gill, Steven R et al. 2006]

Concluding the article, the researchers hoped that it could stimulate new studies to better understand the effects of age and diet and specific pathological conditions on human microbiology. They postulated the hypothesis that periodic sequencing of the intestinal micro biotic could in the future allow us to better understand the effects of environmental changes on the microevolution of our symbiotes and the cascade effects that these changes had on human health.

In the years that followed (from 2007 to 2011), a government-funded US government project of approximately $ 173 million (the Human Microbiome Project) would sequester the microbiota of 250 more volunteers, extending incredibly the boundaries of what we now consider Human Body. The objectives of the first phase of that project consisted of:

Create a reference database of the microbial genomic sequences

To clarify the existing bonds between the microbial and state of health/illness

Developing new technologies and new tools for analyzing the results obtained

A series of seemingly very ambitious goals. Yet in just five years they were almost completely reached.

After the end of the first phase of the project, the next phase of the Human Microbiome Project started in 2012 with the aim of further deepening the links between the microbial, the state of health and the state of the disease, paying particular attention to the modifications of the microbiome during:

pregnancy

Intestinal inflammatory diseases of the long-term health status (thanks to longitudinal population studies)

All of these studies have demonstrated in an indisputable way that we do not live in our bodies alone, but in sharing with a multitude of guests. That is, we human beings are like a vessel that carries a bundle of bacteria that are living in symbiosis with us, and whose number and variety are altered on the basis of a series of factors that are closely related to our habits.

These bacteria are not limited to traveling for free, eating at our expense, and making us sick from time to time, but providing us with a very rich genome from which we borrow a lot of genes that are needed to survive and adapt to the world is constantly changing. This genome, which is basically our second genetic kit, is defined as human microbiology.

While only ten years ago the microorganism genome analysis was reserved for a few international research centers and its cost was definitely prohibitive, the price of an intestinal microbiota sequencing has already dropped to about eighty euros today, Increasing volumes, it is easy to predict a further significant decrease. Also, thanks to the improvement of biostatistics analysis algorithms and the increase in the computing power of modern computers, the results of this type of test are becoming more and more easily interpretable. It is not difficult therefore to imagine that from here to a few years the intestinal microbial sequences will become routine clinical examinations that can be performed in most Italian regional hospitals. Exams that will be appropriate to know the guidelines and limits and the results you will need to learn to interpret.

The indiscriminate destruction of the microbes, and with them of their genetic heritage (the microbiome, precisely), associated with the alteration of dietary habits and lifestyle has brought with it a number of side effects of which most people - And unfortunately too much of the doctors - is still in the dark and has contributed in this way to the increasing prevalence of some of the most common diseases of the century.

The alteration of the human microbiome is associated with the increased incidence of many autoimmune diseases, intestinal inflammatory diseases, metabolic diseases, diabetes and obesity, cardiovascular disease, anxiety disorders, some gastrointestinal tumors, and much more.

The maintenance of a balanced microbial, which depends on having a stable variety of bacterial species inside our body (the microbiota), guarantees a healthy metabolism and can even counteract some pathological predispositions that result from anomalies in human genetics.

On the contrary, a little stable and slightly varied microbial is typical of infants, of subjects with autoimmune inflammatory diseases, of patients who have undergone several cycles of antibiotic therapy, of elderly people who are hospitalized in long-term care facilities, and more generally generally associates To a disadvantageous state of health and a worse quality of life.

But how many bacteria we carry with us every day? If we went through a count of the different types of cells in which the human body is composed, we would find that, compared to about 10 trillions of human cells, it contains about 100 trillion of bacterial cells, largely located in the digestive tract.

In practice - from a strictly numerical point of view - the bacteria surpass us about ten to one. And these bacteria, albeit small, also have an indifferent weight. In an adult of about 70 kg. The total weight of the bacteria living in symbiosis with its body amounts to about 1.6 kg. This weight is slightly above the weight of his brain and is slightly lower than that of his liver.

If we finally consider the contribution that these microbes provide to the total genetics of humans, we find that it is even larger than the simple numerical proportions. In a human body, about 99% of the genetic component is in fact of bacterial origin. Certainly, human cells contain many more bacterial genes, but in terms of the amount of genetic material actually available, human genes are not even remotely comparable to those of bacteria.

Da:

http://www.sandrasangiorgi.it/home/articolo_microbioma.php