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Non tutti i microbi vengono per nuocere

Rob Knight, Brendan Buhler

• Editore: RIZZOLI
• Anno: 2015
• ISBN:
  9788858680094
• Argomento: Scienze biologiche
• Categoria: Microbiologia

Un adulto medio trasporta all'incirca un chilo e trecento grammi di microbi. Il che fa di questo piccolo esercito di microscopici alieni insediati dentro di noi uno degli organi principali del nostro corpo. Pesante come il cervello e appena più leggero del fegato. Ma quanti microbi ospitiamo? Rob Knight, da anni impegnato a studiare e a mappare questo incredibile universo, ci dice che sono almeno dieci volte le cellule propriamente umane. Il che, in pratica, significa che noi non siamo noi. Questi dati sorprendenti, frutto di scoperte pionieristiche rese possibili dalle tecnologie di ultima generazione, ci dimostrano non solo che i microbi sono molto più numerosi di quanto pensassimo, ma che influiscono in modo fondamentale sulle più importanti funzioni vitali, come la digestione e i meccanismi immunitari. E persino sulla nostra personalità. Inoltre, se consideriamo queste piccole forme di vita indipendenti (e interdipendenti), come parte del nostro patrimonio genetico complessivo, la conclusione è che più del 99 per cento delle informazioni genetiche che veicoliamo è di origine microbica. Siamo di fronte a un "secondo genoma", potenzialmente più determinante del primo (quello ereditato dai genitori) a cui l'autore in queste pagine ci introduce con grande chiarezza, aprendoci le porte di un mondo che fino a pochi anni fa nemmeno sospettavamo esistesse e che potrebbe avere implicazioni rivoluzionarie nella diagnosi e nella cura di malattie anche gravi. Portando con sé riflessioni inedite: noi, che eravamo convinti di essere unici nella nostra individualità, scopriamo di essere veri e propri ecosistemi.

1 IL CORPO MICROBICO

Microscopiche forme di vita si aggirano dunque dentro di noi. Ma quante sono?

Relativamente al peso, un adulto medio trasporta all’incirca un chilo e trecento grammi di microbi. Il che fa del microbiota uno degli organi principali del nostro corpo – pesante come il cervello e appena più leggero del fegato.

Come abbiamo già visto, in termini meramente numerici le nostre cellule microbiche sono dieci volte più numerose di quelle umane. In che modo questo dato influisce sul nostro DNA? Ognuno di noi possiede all’incirca ventimila geni umani. Però ospitiamo anche dai due ai venti milioni di geni microbici. Il che significa che, da un punto di vista genetico, siamo costituiti al 99 per cento di microbi.

Per salvare un briciolo di dignità umana, prendetela come una questione di complessità. Ogni cellula umana contiene molti più geni di una cellula microbica. Ma ognuno di noi ospita così tanti microbi che la somma dei loro geni supera di gran lunga il totale dei nostri.

Gli organismi che risiedono sulla nostra pelle e all’interno di noi sono molti e vari. Gran parte di loro, anche se non tutti, sono unicellulari. Appartengono a tre branche principali dell’albero della vita. L’intestino ospita esemplari di archei, costituiti da singole cellule prive di nucleo; i più comuni sono i metanogeni, forme di vita che non utilizzano l’ossigeno, aiutano la digestione ed emettono metano (anche le mucche hanno i metanogeni). Poi ci sono gli eucarioti, responsabili della micosi del piede d’atleta, e i lieviti che colonizzano la vagina e talvolta l’intestino. I più importanti di tutti sono i batteri, come l’Escherichia coli, comunemente ritenuto causa di una malattia che si contrae dagli spinaci non ben lavati, ma che in realtà può essere presente in forme innocue e benefiche nella flora batterica intestinale.

Ogni giorno, con l’aiuto delle nuove tecnologie, scopriamo sempre più varietà di microbi che rimettono in discussione ciò che pensavamo di sapere. È un po’ come se finora fossimo andati a pesca con una rete a maglie larghe, deducendone che la vita marina si compone esclusivamente di balene e calamari giganti. E invece ci siamo accorti che là fuori c’è molto altro, un intero universo inesplorato. Se prendiamo due batteri intestinali a caso, che, mettiamo, si sono appena nutriti del vostro ultimo sandwich, il primo pensiero è che siano abbastanza simili – almeno quanto possono esserlo un’acciuga e una sardina. In realtà, è più probabile che si assomiglino quanto un cetriolo di mare e uno squalo bianco: due creature con comportamenti, fonti di nutrimento e ruoli ecologici radicalmente diversi.

Se le cose stanno così, dove si nascondono tutti i nostri microbi, e cosa fanno di preciso? Seguitemi in questo viaggio nel corpo umano e lo scopriremo insieme.

LA PELLE

La leggenda vuole che Napoleone, di ritorno da una campagna militare, abbia inviato all’imperatrice Giuseppina il seguente messaggio: «Arriverò a Parigi domani sera. Non lavatevi». Al celebre condottiero l’odore della pelle di sua moglie piaceva, e più forte si sentiva meglio era. Ma per quale motivo, quando non possiamo contare su saponi, deodoranti, creme e profumi, puzziamo così tanto? Perlopiù è colpa dei microbi che banchettano con le nostre secrezioni, rendendone l’aroma più pungente.

Gli scienziati stanno ancora annusando qua e là per cercare di scoprire a cosa servono le creature invisibili che vivono sul nostro organo più esteso, la pelle, ma una cosa è certa: contribuiscono in modo significativo agli odori corporei, compreso quello che attrae le zanzare.¹ Come osservato in precedenza, questi insetti hanno una netta preferenza per l’odore di alcuni di noi, e per questo dobbiamo ringraziare i microbi. Sono loro, infatti, a trasformare le sostanze chimiche prodotte dalla nostra pelle in diversi composti organici che si diffondono nell’aria e da cui le zanzare sono più o meno attratte. Ciascuna specie di zanzara, poi, predilige una specifica parte del corpo. Per le Anopheles gambiae, il principale genere colpevole della trasmissione della malaria, gli odori allettanti non vengono dalle ascelle, ma dai piedi e dalle mani. Il che permette di avanzare la suggestiva ipotesi che basti spalmarsi le estremità di sostanze antibiotiche per tenere lontano questo tipo di zanzare: uccidendo i microbi, si elimina anche l’odore.

Come tutti i nostri microbi, quelli sulla pelle non esistono necessariamente per procurarci qualche beneficio. Ma in quanto abitanti innocui, ci rendono un servizio molto, ma molto prezioso: danno del filo da torcere ad altri microbi più antipatici che potrebbero infettarci. Ogni zona cutanea ha i propri microbi, e la varietà – il numero dei vari tipi – non dipende per forza dal numero dei singoli microbi che abitano in quell’area. Anzi, spesso e volentieri è proprio vero il contrario.

Le ascelle e la fronte ospitano una grande quantità di microbi, ma appartenenti a relativamente poche specie; il palmo delle mani e l’avambraccio, invece, non presentano una grande densità di microbi, ma in quelle zone si concentrano parecchie specie diverse.² Per quanto possano lavarsi le mani, le donne tendono ad avere comunità microbiche più diversificate degli uomini, il che fa supporre che questo dato possa dipendere da differenze biologiche, sebbene la causa sia tuttora ignota.³

Ma c’è di più: recentemente si è scoperto che i microbi che vivono sulla mano sinistra sono diversi da quelli della destra. Nonostante tutte le strette di mano, tutto lo scrocchiare di dita, e benché le nostre mani vengano a contatto con le stesse superfici, ognuna di loro sviluppa una ben distinta e autonoma comunità microbica.

Alla luce di tale constatazione, io e Noah Fierer, un professore di biologia evoluzionistica ed ecologia presso l’Università del Colorado, a Boulder, abbiamo avuto un’idea: cercare di riprodurre una delle scoperte più famose nel campo della macrobiologia. Mi riferisco a quella dell’antropologo e biologo inglese Alfred Russel Wallace che, insieme al suo team di ricerca, sviluppò un’elaborata teoria di biogeografia per spiegare la diversa distribuzione di specie animali tra isole contigue, nonché il rapporto tra biodiversità ed estensione territoriale.⁴ Wallace, contemporaneo di Darwin e co-scopritore della selezione naturale, riscontrò una linea di frattura che attraversava le attuali Indonesia e Malesia, separando la fauna asiatica (scimmie, rinoceronti) da quella australiana (cacatua, canguri). Io e Fierer volevamo vedere se riuscivamo a trovare la stessa «linea di Wallace» tra le lettere G e H della tastiera del computer, definendo due distinte concentrazioni di microbi ascrivibili rispettivamente alla mano sinistra e alla mano destra, che si dividono a metà il dispositivo. Ci siamo anche chiesti se la barra spaziatrice contenesse una maggiore varietà di microbi semplicemente perché è più larga degli altri tasti.

In effetti, i risultati ottenuti delinearono una specie di linea di Wallace, ma rimanemmo letteralmente di stucco di fronte a una scoperta molto più significativa: ogni dito e il tasto corrispondente condividono in sostanza la stessa comunità di microbi. Addirittura, il mouse di un computer e la mano che lo usa presentano al 90 per cento la stessa distribuzione di microbi.⁵ I microbi che ospitiamo sulle mani differiscono notevolmente da persona a persona (in media, in termini di biodiversità, lo scarto è pari all’85 per cento), il che significa che l’essere umano è dotato di una sorta di impronta digitale microbica.

Abbiamo condotto altri studi e svolto esperimenti per capire quante volte dobbiamo toccare un oggetto per lasciarvi sopra tracce microbiche rilevabili. In questo campo la ricerca scientifica è ancora agli inizi, e le scoperte fatte non sono abbastanza attendibili per essere utilizzate come prove in un’aula di tribunale. Ma le serie televisive, lo sappiamo, sono molto più elastiche; così, poco dopo la pubblicazione del nostro primo articolo sull’argomento, CSI: Miami mandò in onda un episodio in cui i rilevamenti microbici erano utilizzati come prova giudiziaria.⁶

Nel frattempo David Carter, un microbiologo forense, si è trasferito dal Nebraska alle Hawaii, dove sta allestendo una fattoria dei corpi, cioè un terreno in cui sono esposti all’aperto vari cadaveri destinati all’osservazione scientifica, con lo scopo di aiutare gli specialisti in medicina legale a stabilire l’ora del decesso di una vittima. All’interno di una struttura forense, i cadaveri sono collocati in diverse scene del crimine,⁷ dopodiché vengono esaminati a intervalli regolari per vedere in che modo si decompongono. I microbi, si è notato, subiscono varie trasformazioni. Così come la roccia nuda viene colonizzata prima dai licheni, e poi, in rapida sequenza, dai muschi, dall’erba, dalle erbacce, dagli arbusti e in ultima battuta dagli alberi, anche il processo di decomposizione segue uno schema ben preciso.

Jessica Metcalf, una ricercatrice che lavora nel mio laboratorio all’Università del Colorado, si è fabbricata una fattoria dei corpi in miniatura servendosi di quaranta topi morti. (I topi in questione erano stati utilizzati come cavie in precedenti esperimenti di ricerca sul cancro e sulle malattie cardiache.) Grazie alla fattoria, Jessica ha scoperto di riuscire a stabilire la data della morte con un margine di tre giorni, cioè con lo stesso livello di accuratezza dei metodi basati sugli insetti,⁸ che vanno per la maggiore tra gli inquirenti. Ma allora perché usare i microbi? Perché gli insetti devono trovarli, i cadaveri, mentre i microbi sono sempre con noi, il che li rende provvidenziali sulle scene del crimine in cui non ci siano insetti.

IL NASO E I POLMONI

Eccoci arrivati alla tappa successiva del nostro viaggio: il naso. Le narici dell’uomo ospitano peculiari comunità di microbi. Tra di loro va segnalato lo Staphylococcus aureus, il batterio che provoca le infezioni da stafilococco negli ospedali. Le persone sane, a quanto pare, ospitano spesso quelli che consideriamo microbi pericolosi. In questo caso, si ritiene che siano gli altri batteri presenti nel naso a impedire allo Staphylococcus aureus di prendere il sopravvento. Secondo un’altra interessante scoperta, i fattori ambientali esercitano una notevole influenza sui tipi di microbi che si insediano nel nostro naso. I bambini cresciuti in una fattoria o in campagna che, fin da piccoli, ospitano nel proprio naso diversi tipi di batteri hanno meno probabilità di sviluppare asma e allergie nel corso della vita.⁹ Un po’ di sporcizia non solo non ha mai fatto male a nessuno, ma può perfino rivelarsi una vera benedizione.

Proseguendo giù per i polmoni, in genere si incontrano soltanto batteri morti.¹⁰ Le superfici dei polmoni esposte all’aria contengono infatti un cocktail micidiale di peptidi antimicrobici: minuscole proteine che fanno fuori il batterio appena viene a contatto con l’organo. Tuttavia, in presenza di certe patologie come la fibrosi cistica o il virus dell’immunodeficienza umana (HIV), può capitare di trovare microbi nocivi che favoriscono le malattie polmonari.¹¹

Se la gola poi sia dotata di un proprio microbioma, o sia soltanto un luogo di passaggio per i microbi provenienti dalla bocca, è tuttora oggetto di dibattito scientifico.¹² A ogni modo, è stato osservato che i microbi presenti nella gola dei fumatori sono diversi da quelli dei non fumatori, il che forse dimostra che fumare non fa male soltanto a noi, ma anche ad alcuni degli esserini che abitano dentro di noi.¹³

LA BOCCA E LO STOMACO

Fino a oggi, probabilmente avevate sentito parlare soltanto degli odiosi batteri della bocca, quelli che provocano la carie e le malattie delle gengive. Uno dei più temibili è lo Streptococcus mutans, una creatura che adora cibarsi dei nostri denti. Pare che si sia evoluto in parallelo allo sviluppo dell’agricoltura,¹⁴ che ha reso la nostra dieta più ricca di carboidrati e soprattutto di zuccheri. Proprio come, senza volerlo, abbiamo addomesticato i topi abituandoli al cibo delle nostre pattumiere, così i parassiti batterici sono stati progressivamente addomesticati e abituati a vivere dentro i nostri corpi. Per fortuna la maggior parte dei batteri addomesticati della bocca è utile e forma una pellicola che tiene alla larga i batteri cattivi. Questi microbi sono perfino in grado di stabilizzare la pressione cardiaca rilassando le arterie, dato che contribuiscono a produrre l’ossido nitrico (una sostanza con una composizione chimica simile a quella dell’ossido di diazoto, che abbiamo imparato a conoscere sulla poltrona del dentista).

Un’altra specie, chiamata Fusobacterium nucleatum, è un’ospite più o meno fissa delle bocche sane, ma può anche contribuire alle malattie periodontali.¹⁵ Il Fusobacterium nucleatum è intere...

Indice dei contenuti

• Copertina
• Frontespizio
• Indice
• Introduzione
• 1. Il corpo microbico
• 2. Da dove viene il nostro microbioma?
• 3. In salute e in malattia
• 4. L’asse intestino-cervello: come i microbi influenzano il nostro umore, le nostre idee e tanto altro
• 5. Ritoccare il nostro microbioma
• 6. Gli antibiotici
• 7. Gli scenari futuri
• Ringraziamenti
• Note