Il microbioma umano: il genoma batterico nell'essere umano

Microbioma umano: di cosa si tratta?

Come già discusso nell’articolo sul microbiota umano, la popolazione batterica umana consiste in circa una sessantina di specie differenti presenti solo nell’intestino umano. Queste forme di vita vivono in condizioni simbiotiche con l’organismo in modo talmente attivo da costituire una sorta di organo aggiuntivo. Ciascun microrganismo contiene al suo interno un patrimonio genetico proprio e specifico, che, come nelle altre specie, singolarmente è denominato genoma.

Dai numerosi studi sulle conseguenze del metabolismo batterico all’interno del corpo umano è emerso che il complesso degli enzimi prodotti dai microrganismi presenti nell’uomo comporta numerose ed importanti influenze sul metabolismo umano. Poiché sempre più la componente batterica che vive in simbiosi con l’organismo umano è vista come un essere vivente a sé, un organo indipendente, è sempre più utilizzato il termine microbioma

Con questo termine non si intende la totalità delle specie batteriche presenti all’interno delle mucose umane, ma la totalità dei genomi presenti nelle diverse specie batteriche.

*Figura 1 – Illustrazione del microbiota umano*

Come il microbioma influisce sul metabolismo umano

Come discusso nel capitolo sul microbiota, anche il microbioma è oggetto di studio, poiché è grazie all’espressione di alcuni geni batterici che la popolazione batterica regola e integra il metabolismo umano.

Figura 2 - Illustrazione della varietà delle specie batteriche presenti nel corpo umano — *Figura 2 – Illustrazione della varietà delle specie batteriche presenti nel corpo umano*

Abbiamo già visto che le mucose in cui principalmente si annidano le più grandi varietà microbiche sono la mucosa intestinale e quella gastrica. Infatti, solo nella mucosa intestinale si stima la presenza (in un organismo umano sano) di circa 60 specie batteriche diverse, con le funzioni più disparate.

I batteri sono davvero un nemico?

Nell’era moderna è stata attuata una quasi eccessiva demonizzazione della componente microbiologica, ed è stata data molta più importanza alle possibili conseguenze del contatto con i batteri, specie dopo la scoperta di questa grande popolazione invisibile di cui non si era a conoscenza.

L’uomo è sempre combattuto nell’approccio con tutto ciò che non si conosce, e la scoperta dell’esistenza dei microbi è stata una delle maggiori scoperte della storia della medicina. Prima di questa epifania infatti la morte delle partorienti per infezione (in genere denominata in modo vago, ovvero febbre puerperale, in seguito rinominata sepsi puerperale) era all’ordine del giorno.

Le operazioni, che si svolgevano in condizioni chiaramente non sterili, erano effettuate solo in caso di estrema necessità. Infatti chi andava incontro ad un’operazione invasiva, molto spesso moriva tra atroci sofferenze dovute alle varie infezioni contratte dopo il contatto con microrganismi dannosi. Dopo la scoperta del mondo microbiologico, i chirurghi e le ostetriche hanno scoperto la non scontata pratica del lavaggio delle mani prima di un parto o un’operazione e ciò ha portato a un calo drastico delle morti per infezione.

virus e batteri — *Figura 3 – Rappresentazione di batteri all’interno del corpo umano*

È chiaro che in seguito a questa svolta i microrganismi, che causavano la maggior parte delle morti post-parto o post-operatorie, siano stati demonizzati.

Tuttavia è molto importante fare una distinzione che divide pressoché in due la popolazione batterica.

Esistono dei batteri, detti commensali, che vivono in simbiosi con l’organismo umano e che gli consentono di svolgere funzioni che da solo non sarebbe in grado di svolgere (come la digestione di alcuni nutrienti o la competizione con microrganismi dannosi).

Esistono invece altri batteri, detti xenobiotici (dal greco, organismi viventi “stranieri”) che sono dannosi per il nostro organismo, e da cui spesso siamo difesi proprio dai batteri commensali, sia per competizione che tramite altre vie metaboliche.

colonie batteriche in terreno — *Figura 4 – Foto di coltura batterica in piastra di Petri*

Ad esempio, se nella mucosa intestinale vengono introdotti degli organismi xenobiotici, le cui tossine sono facilmente assimilabili per assorbimento e successivamente finiscono nel fegato, danneggiando l’organismo, vengono attuati meccanismi di difesa dai microrganismi commensali. Un altro esempio, vengono prodotti dei metaboliti che competono con i substrati degli enzimi xenobiotici ed inibiscono la produzione della tossina attivata, in modo che non possa danneggiare l’organismo o organo ospite (in questo caso, la mucosa intestinale).

Quali vantaggi comporta il microbioma intestinale

Il microbioma intestinale e gastrico codifica inoltre per enzimi in grado di scindere i legami di alcuni polisaccaridi che l’essere umano non possiede o possiede in quantità ridotte, come ad esempio le amilasi. I microrganismi che sono più funzionali all’assimilazione dell’amido sono quelli appartenenti alla famiglia dei Firmicutes, che vengono spesso integrati sotto forma di probiotici in diete particolarmente ricche di amido.

Dei gruppi batterici significativamente coinvolti nel metabolismo di carboidrati complessi sono inoltre Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale e Ruminococcus bromii. Questi batteri sono in grado di fermentare i carboidrati complessi nell’intestino crasso e di convertirlo in butirrato, un acido grasso con una catena laterale corta, che migliora la sensibilità all’insulina del colon. Non a caso, nei campioni fecali di persone affette da diabete mellito di tipo 2 questi probiotici coinvolti nella trasformazione dell’amido in butirrato risultano in basse quantità.

intestino umano ed escherichia coli — *Figura 5 – Rappresentazione di batteri intestinali ed intestino crasso illuminato a fluorescenza*

Nello studio condotto da Tanja Maier sull’amido resistente hanno provato, tramite l’analisi di campioni fecali di pazienti che conducevano una dieta a base di un’alta percentuale di carboidrati resistenti e il confronto con quelli che provenivano da chi ne faceva un basso consumo, che la quantità di Firmicutes contenuti nel campione fossero maggiori nel primo caso.

Ciò significa che la nostra dieta influenza molto il microbiota intestinale e gastrico, nonché il microbioma generale, che si adopera in modo da fornire tutti gli enzimi necessari al metabolismo dell’organismo ospite.

Microbioma uterino e gravidanza

Per renderci conto dell’importanza della componente microbiotica intestinale, va citato anche uno studio recentemente condotto dalla University of California circa il microbioma uterino (fino a poco fa, ritenuto una mucosa sterile). Esso ha rivelato non solo la presenza di un microbiota intrauterino, ma un aumento dei gruppi tassonomici batterici durante la gestazione presenti nel meconio fetale.

Ciò ha indotto una ricerca più specifica, circa la prevalenza di due specie più elevate, ovvero il Lactobacillus meconium e le Micrococcaceae meconium. All’interno dell’utero, le condizioni dovute agli ormoni della gravidanza e la bassa disponibilità di substrati per gli enzimi e il metabolismo batterico, fanno sì che vi sia un controllo e una quantità ben definiti anche nell’intestino fetale. Seppure in quantità ridotte, perfino nell’intestino fetale, a circa 11-14 settimane di gestazione, sono dunque stati ritrovati batteri in grado di interagire con la regolazione immunitaria.

microbiota vaginale — *Figura 6 – Illustrazione delle specie batteriche vaginali e intrauterine*

La presenza di cellule batteriche in assenza di infezioni così presto nella gestazione (in particolare delle cellule di Micrococcus fetale) determina l’induzione di immunotolleranza nel sistema immunitario intestinale del feto, che porrà le basi per la formazione di un sano e completo microbiota intestinale.

utero circondato da batteri — *Figura 7 – Immagine di un feto circondato da batteri intrauterini*

Microbioma umano: le conclusioni

In conclusione, il microbioma è responsabile di molte e fondamentali reazioni chimiche nell’organismo umano, reagisce alla dieta, ci fornisce protezione e nutrimento e, se non in condizioni di equilibrio, può portare a danni talmente gravi da meritarsi la denominazione di “organo addizionale” e, come tale, va rispettato.

Bisogna dunque evitare il più possibile danni arrecabili da alterazioni del pH delle varie mucose, contatti di ferite e cavità con superfici o oggetti non sterili, per evitare il più possibile la competizione tra commensali e xenobiotici e l’eventuale sopravvento dei secondi sui primi, e cercare di mantenere una dieta stabile e sana, al fine della sopravvivenza e del benessere di questa popolazione simbiotica.