Il microbioma (la comunità simbiotica degli organismi microbici di un ospite) è di importanza esistenziale per il funzionamento di ogni pianta e animale, compresi gli esseri umani. Un gruppo di ricerca di Düsseldorf e Kiel, guidato dall’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU), ha ora utilizzato l’esempio dell’anemone di mare Nematostella vectenis per studiare come il microbioma si sviluppa insieme all’ospite. Nella rivista scientifica Microbiome i ricercatori descrivono che la comunità batterica è controllata principalmente dall’organismo ospite durante le prime fasi della vita, mentre le interazioni batterio-batteri svolgono un ruolo principale nello sviluppo successivo.
Ogni essere vivente multicellulare – dagli organismi più semplici agli esseri umani – vive in una comunità con una moltitudine di microrganismi, il cosiddetto microbioma. Questo microbioma comprende, tra le altre cose, batteri, funghi e virus e assume vari ruoli che vanno dal metabolismo alla difesa immunitaria. Ad esempio, senza il microbioma nell’intestino umano, molti nutrienti non potrebbero essere assorbiti dal cibo e resi disponibili al corpo umano.
Ma come si sviluppa il microbioma man mano che si sviluppa l’ospite? È noto la composizione e il rapporto dei microrganismi nell’anemone di mare Nematostella vectenis differiscono sostanzialmente tra le diverse fasi del suo ciclo vitale e assumono una forma stabile solo nell’anemone adulto. Ma chi e quali fattori decidono come cambia il microbioma man mano che l’ospite matura: l’ospite controlla la colonizzazione con i microbi giusti o i microbi si regolano da soli?
Un team dell’HHU, dell’Università di Kiel (CAU) e del GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel ha affrontato questa domanda. Lo studio è stato diretto dal professor Dr Sebastian Fraune dell’Istituto di zoologia e interazioni organismiche dell’HHU. La ricerca è stata condotta nell’ambito del Centro di ricerca collaborativa (CRC) 1182 “Origine e funzione dei metarganismi”, diretto dalla CAU.
La dottoressa Hanna Domin, autrice principale di uno studio ora pubblicato su Microbiome: “Abbiamo preso adulti Nematostella polipi, che dopo un trattamento antibiotico intensivo erano privi di microbioma, e li hanno poi ricolonizzati in modo mirato. Per fare questo, abbiamo utilizzato comunità batteriche che corrispondevano a quelle del primo a Nematostella larva, in secondo luogo un animale giovane e in terzo luogo un polipo adulto.”
In tutti e tre i casi, i ricercatori hanno esaminato come il microbioma si è sviluppato nel corso del tempo. Hanno scoperto che solo i colonizzatori iniziali – cioè i batteri che formano il microbioma degli animali più giovani – si sono ben stabiliti nei polipi adulti. Al contrario, era difficile che i batteri degli animali più vecchi si stabilissero.
Professor Fraune, autore corrispondente dello studio: “Dopo la ricolonizzazione, il microbioma subisce un processo di sviluppo molto simile al normale sviluppo dell’ospite e del microbioma. Ci vogliono circa quattro settimane per raggiungere lo stesso stato degli animali adulti che hanno subito un normale processo di crescita.”
I ricercatori concludono da ciò che l’ospite, presumibilmente attraverso il suo sistema immunitario innato, controlla la composizione della colonia originaria. Domin: “A partire da questo momento, però, l’ospite non ha più alcuna influenza significativa sull’ulteriore sviluppo del microbioma. I batteri lo controllano da soli e pongono le basi adatte per i loro discendenti.”
Un aspetto importante del progetto, portato avanti dal gruppo di ricerca guidato dal professor Dr Christoph Kaleta a Kiel, è stato l’esame delle cosiddette reti metaboliche. Ciò ha comportato lo studio del modo in cui i diversi batteri sono collegati tramite il loro metabolismo e si influenzano a vicenda. “Siamo stati in grado di identificare percorsi metabolici specifici dei colonizzatori iniziali, nonché percorsi che svolgono un ruolo solo in una fase successiva”, afferma il dott. Johannes Zimmermann della CAU.
Il gruppo di ricerca ha stabilito che la degradazione del polisaccaride chitina svolge un ruolo centrale soprattutto per i primi colonizzatori. Lo si è scoperto solo di recente Nematostella può produrre chitina. Il motivo per cui gli animali fanno questo non è però noto, dato che ad esempio loro, a differenza degli insetti, non hanno bisogno della chitina per il loro sviluppo strutturale. Fraune: “I nostri risultati forniscono chiare indicazioni che la chitina svolge un ruolo per il microbioma.”
L’anemone di mare ha solo un sistema immunitario innato. Tuttavia i risultati sono rilevanti anche per la ricerca medica. I neonati entrano in contatto con numerosi batteri subito dopo la nascita, per cui anche in quella fase della loro vita hanno un sistema immunitario innato. Di conseguenza, la colonizzazione iniziale con i microbi giusti è fondamentale anche per stabilire un microbioma funzionante e allenare il sistema immunitario adattativo negli esseri umani.
Fraune: “È stato notato che lo sviluppo del microbioma dei bambini nati con taglio cesareo che hanno solo un contatto limitato con le comunità batteriche della madre durante la nascita spesso differisce da quello dei bambini nati naturalmente”. Tuttavia, la colonizzazione microbica interrotta durante la fase di sviluppo iniziale modifica la programmazione metabolica e immunitaria e sembra essere collegata ad un aumento del rischio di disturbi del sistema immunitario e metabolici. Per questo motivo sono in corso i primi studi in cui i bambini nati con taglio cesareo vengono messi a contatto con le secrezioni vaginali della madre subito dopo la nascita per garantirne la naturale colonizzazione iniziale.
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