Salute e Malattie: Quanto contano i “batteri personali”

Diabete, morbo di Crohn e colite ulcerosa: c’è nesso tra le tipologie di batteri che colonizzano il corpo e il rischio che ciascuno ha di contrarre queste e altre patologie complesse e autoimmuni?

Oggi è possibile studiarlo. Grazie al “microscopio computazionale” per la prima volta si analizzano simultaneamente centinaia di ceppi batterici presenti nel corredo di ogni persona sana. I risultati di due studi di Nicola Segata e del suo gruppo al CIBIO dell’Università di Trento pubblicati dalle riviste scientifiche “Nature Methods” e “Cell Reports”.

Mappati ad alta risoluzione i batteri intestinali di popolazioni umane diverse e individuata in un gruppo di neonati prematuri la correlazione tra un particolare ceppo di batterio E. coli e la grave malattia enterocolite necrotizzante

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Ogni persona ha un doppio “bagaglio” di informazioni che porta con sé per tutta la vita, da una parte ha il proprio patrimonio genetico, quello che eredita dai genitori, dall’altra il microbiota, il corredo di batteri, virus e funghi che popolano il nostro corpo e che superano in numero le nostre stesse cellule.

A differenza del genoma, la composizione del microbiota dipende da una serie di fattori non ereditari (età, dieta, uso di antibiotici, solo per fare degli esempi) e se le ricerche scientifiche sul genoma umano vengono sviluppate ormai da tempo, più recenti sono invece gli studi relativi al microbiota.

Analizzare il microbiota di una persona permette di individuare i microorganismi che caratterizzano il suo corredo e potenzialmente di studiare quanto sia esposta a determinate malattie. «La quasi totalità di questi ceppi microbici in persone sane ha funzioni indispensabili per il corpo umano, come per esempio coadiuvare la digestione. Ma la presenza di determinate varianti di alcuni microorganismi non patogeni – spiega Nicola Segata, a capo del Laboratorio di Metagenomica computazionale al Centro di Biologia integrata (CIBIO) dell’Università di Trento – può significare avere rischi aumentati di contrarre malattie complesse e/o autoimmuni come il diabete, il morbo di Crohn e la colite ulcerosa».

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Nicola Segata partecipa fin dall’inizio al Progetto Microbioma Umano (Human Microbiome Project), l’iniziativa lanciata poco più di cinque anni fa dagli Istituti Nazionali di Sanità (NIH) degli Stati Uniti e mirata alla mappatura dei microorganismi presenti nella popolazione mondiale. «La rivoluzione – commenta Segata – si chiama metagenomica, un metodo biotecnologico che dalle feci o dalla saliva di una persona consente di risalire ai microorganismi presenti attraverso il sequenziamento del loro materiale genetico e l’analisi informatica dei dati. L’approccio classico richiederebbe invece la coltivazione dei microorganismi in laboratorio: una pratica che ha altri vantaggi ma che è lenta, costosa ed estremamente difficile per la maggioranza dei batteri patogeni e non patogeni».

Nell’ambito del Progetto Microbioma Umano il ricercatore del CIBIO aveva già sviluppato una prima versione dell’approccio che permette di studiare contemporaneamente centinaia di ceppi diversi presenti nel corredo di microbi di ognuno. «È come avere a disposizione un microscopio computazionale che ci permette di riconoscere gli abitanti del nostro microbiota e distinguere in modo preciso batteri molto simili ma con funzionalità che possono essere molto diverse. L’analisi di queste differenze ci potrebbe portare a legare particolari batteri normalmente non pericolosi con alcune malattie cronico-degenerative».

Quali sono quindi le potenzialità del “microscopio” di Segata? «Con il nuovo strumento sviluppato, che è un software open source, abbiamo prodotto una mappa ad alta risoluzione dei ceppi intestinali di più di duemila comunità batteriche complesse da soggetti appartenenti a popolazioni diverse. Questo ci ha permesso di osservare come popolazioni da continenti diversi abbiano varianti specifiche dello stesso batterio: è come se alcuni batteri avessero imparato ad adattarsi a regimi alimentari e stili di vita diversi delle persone che li “ospitano”. L’ambizioso obiettivo, in prospettiva, è riuscire a individuare le correlazioni tra alcune malattie e la presenza di specifici ceppi di batteri intestinali e fare un’epidemiologia su larga scala di molti microorganismi al momento poco conosciuti».

Del lavoro si è occupata la rivista “Nature Methods” con un articolo (dal titolo “Strain‐level microbial epidemiology and population genomics from shotgun metagenomics”), pubblicato ieri, autori sono sette ricercatori del CIBIO (Matthias Scholz, Edoardo Pasolli, Thomas Tolio, Moreno Zolfo, Francesco Asnicar, Duy Tin Truong, Adrian Tett) oltre a Nicola Segata, che è responsabile scientifico dello studio. Tra gli autori anche Doyle V. Ward (Center for Microbiome Research, University of Massachusetts) e Ardythe L. Morrow (Department Pediatrics, Perinatal Institute, Cincinnati).

Enterocolite necrotizzante: lo studio sui neonati prematuri, «In un altro studio – riprende Segata – ci siamo concentrati con il nuovo strumento su un gruppo di neonati degli Stati Uniti, nati prematuri tra la ventitreesima e ventinovesima settimana di gestazione e ad alto rischio di contrarre una grave malattia chiamata enterocolite necrotizzante. Abbiamo individuato alcuni ceppi del batterio E. coli, presenti nell’intestino dei piccoli, correlati alla malattia. La ricerca potrebbe ora puntare a prevenire la colonizzazione da parte di questi ceppi particolari o sullo sviluppo di approcci terapeutici mirati».

Sul lavoro è uscito un articolo ("Metagenomic sequencing with strain-level resolution implicates uropathogenic E. coli in necrotizing enterocolitis and mortality in preterm infants”) sulla rivista “Cell Reports” lo scorso giovedì. Capofila dell’articolo è Doyle Ward (Center for Microbiome Research, University of Massachusetts) con Matthias Scholz come coautore e Segata coautore senior insieme a Ardythe L. Morrow (Department of Pediatrics, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, Cincinnati). Altri autori del CIBIO, oltre a Scholz e Segata, Moreno Zolfo e Adrian Tett. A essi vanno aggiunti Diana H. Taft e Kurt R. Schibler del centro di Cincinnati.

Il Laboratorio di Metagenomica computazionale del CIBIO, nel quale sono attivi una decina di giovani studiosi e ricercatori, è coinvolto in una serie di progetti di ricerca internazionale, ma è anche al lavoro con realtà trentine. «Con le unità operative di Ostetricia e Neonatologia dell’Ospedale di Trento – riferisce Segata – stiamo studiando la trasmissione del microbiota tra mamma e bambino. Grazie a un finanziamento della Fondazione Caritro, in due anni abbiamo reclutato una quarantina di coppie mamma/neonato per capire come avviene la “colonizzazione” dei batteri nell’intestino del neonato, a cominciare dai suoi primi istanti di vita. Con le Terme di Comano e in collaborazione con la Dermatologia dell’Ospedale S. Chiara studiamo invece pazienti dermatologici: compariamo i loro ceppi batterici per comprendere l’associazione con alcune malattie cutanee quali psoriasi e dermatite atopica e valutiamo se l’efficacia del trattamento termale sia in parte dovuta alle modifiche indotte al microbiota cutaneo. Con il Centro Trentino di Fibrosi Cistica (Ospedale Santa Maria del Carmine) siamo poi impegnati nello studio dei ceppi batterici patogeni in persone affette da fibrosi cistica».

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