La rivoluzione invisibile: come i microorganismi interagiscono col mondo dei viventi

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Il Prof. Renato Fani, direttore del laboratorio di Evoluzione microbica e molecolare del dipartimento di Biologia ha tenuto una relazione sulla rivoluzione invisibile: come i microorganismi interagiscono col mondo dei viventi. Dal Prof. Fani riceviamo e con piacere pubblichiamo:

La rivoluzione invisibile: come i microrganismi interagiscono col mondo dei viventi

Straordinario mondo quello dei batteri! Invisibili, ubiquitari, formano un universo vivente impalpabile, ma straordinariamente variegato ed affascinante. Presenti sulla Terra dall’alba della Vita, più o meno da 4 miliardi di anni, grazie alle loro incredibili capacità metaboliche, possono adattarsi a tutte, le possibili condizioni ambientali. Per questo motivo, nel corso dell’evoluzione, sono riusciti a colonizzare ogni possibile nicchia ecologica del nostro pianeta, anche le più estreme, sopravvivendo e moltiplicandosi ad altissime o bassissime temperature, a pressioni enormi (nelle profondità degli oceani), od in ambienti a concentrazioni saline inimmaginabili. capaci di degradare sostanze tossiche e di utilizzare qualsiasi sostanza per la loro sopravvivenza. Ma è strana, molto strana, la percezione di questo mondo da parte dell’uomo. Nell’immaginario collettivo, infatti, vengono spesso, se non sempre, associati alle malattie o, comunque, a qualcosa di nocivo. In realtà i batteri “cattivi” sono una frazione esigua, piccolissima dell’intero universo microbico. La maggior parte di essi ha invece effetti così positivi e benefici per tutti gli altri esseri viventi, vegetali, animali e per l’uomo stesso che senza di loro noi non potremmo vivere. Tanto per avere un’idea, nel nostro intestino vivono 100 mila miliardi di batteri, indispensabili per la nostra sopravvivenza. Ancora. Alcuni dei batteri del suolo, gli azotofissatori, funzionano da «concimanti biologici». Altri sono capaci di mangiare le sostanze di rifiuto, e possono perciò ripulire un terreno inquinato, altri ancora possono degradare le plastiche e il ferro, oppure depurare il terreno dai metalli pesanti e addirittura ripulire le acque contaminate da gasolio. Incredibilmente, esistono batteri che producono energia elettrica e, allo stesso tempo, “mangiano” materiali di scarto. Stiamo veramente assistendo ad una rivoluzione microbica, una rivoluzione invisibile i cui effetti ci sono ancora in parte ignoti; sarebbe infatti forse sufficiente studiare i microrganismi in modo più approfondito di quanto non riusciamo a fare adesso e, probabilmente, molti dei problemi che affliggono l’umanità potrebbero essere risolti da questo “micro-cosmo”. Ma quanti sono e come vivono questi microrganismi? Non esiste e non può esistere risposta alla prima domanda, ma certamente il loro numero va al di là della nostra percezione: se, come abbiamo detto, nell’intestino di ogni essere umano vivono più o meno centomila miliardi di batteri ed in un grammo di suolo ve ne sono un miliardo, si può ben capire la portata e l’importanza di questi microrganismi. Molto di più sappiamo del modo in cui vivono i microrganismi e come interagiscono tra di loro e con il “mondo” esterno, inclusi gli altri (micro)organismi viventi. Non è facile avventurarsi in questo territorio; lavorare con l’invisibile cercando di renderlo manifesto richiede tecnologie avanzate, rigore metodologico, passione ma, soprattutto, una grande immaginazione. Ma a chi riesce ad avventurarsi al suo interno, si aprono scenari bellissimi ed inaspettati. Esempi? Tanti, tantissimi. Lo studio dei batteri ci ha rivelato come gli organismi viventi si sono evoluti a partire da un progenitore comune (LUCA, acronimo per Last Universal Common Ancestor); come viene regolata l’espressione dei geni, come funziona il codice genetico, quali sono i meccanismi molecolari più profondi del metabolismo cellulare e, quindi, della vita. Ma non solo. Forse i batteri ci stanno fornendo anche un “modello di comportamento sociale”. Fino a qualche anno fa era opinione comune che il mondo dei microrganismi fosse “simile” a quello degli organismi detti, forse impropriamente, “superiori”. Si supponeva cioè che il motore principale della vita e della evoluzione dei microrganismi fosse la “competizione”. D’altra parte era naturale aspettarselo, in quanto in un ambiente così povero di nutrienti come può essere ad esempio l’acqua di mare, quei microrganismi capaci di utilizzare al meglio le poche risorse disponibili avevano il sopravvento sulle altre specie. Ma questa visione, questa percezione del mondo microbico è andata rapidamente e profondamente cambiando negli ultimi venti-venticinque anni, da quando le tecniche dell’ingegneria genetica sono state applicate alle problematiche dell’ecologia microbica, di quella disciplina scientifica che studia le relazioni che i microrganismi (i batteri in primo luogo, ma non solo) instaurano con i parametro chimici, fisici e/o biologici di un ambiente. Queste nuove tecnologie ci hanno fornito gli strumenti necessari per studiare molto più a fondo questo mondo. Sappiamo ora che i batteri “comunicano” tra di loro producendo particolari molecole. Sappiamo anche che possono scambiarsi segmenti più o meno lunghi di DNA, un trasferimento genetico orizzontale che contribuisce alla loro enorme plasticità metabolica. Il sequenziamento dei loro genomi ci ha svelato i meccanismi molecolari con cui i geni ed i genomi evolvono. Ora sappiamo anche che nell’ambiente naturale non esistono singole cellule batteriche o singole popolazioni, ma comunità microbiche, cioè un “insieme” di individui e di specie diverse, ognuno dei quali contribuisce alla sopravvivenza dell’intera comunità e che, perciò, senza gli altri non può sopravvivere. In altre parole, si instaura all’interno di una comunità microbica una sorta di una cooperazione positiva ed incrociata basata sulla condivisione delle proprie abilità metaboliche, che permette all’intera comunità di essere totipotente e al cui interno ogni individuo è indispensabile per la sopravvivenza della stessa. Questo tipo di interazione tra individui, basato più sulla cooperazione che sulla competizione rende perciò la comunità capace di reagire, di sopravvivere ed evolvere in qualsiasi condizione ambientale. Una strategia di sopravvivenza che ha radici antiche; probabilmente anche ai primordi della Vita le cellule ancestrali interagivano in questo modo e, nel corso dell’evoluzione, hanno messo più volte a comune le loro abilità metaboliche. Talvolta intere cellule batteriche diverse si sono fuse insieme (un processo detto “endosimbiosi”) per dare origine a qualcosa di più complesso, le prime cellule eucariotiche, quelle cellule che, con il passare del tempo, si sono evolute originando forme di vita più complesse, multicellulari, uomo compreso. E le tracce di questi eventi di endosimbiosi le portiamo dentro di noi, dentro ognuna delle nostre cellule: i mitocondri, le centrali respiratorie delle nostre cellule altro non sono che i relitti di cellule batteriche ancestrali che sono state inglobate in altri organismi unicellulari. Ma c'è ancora di più, se possibile. E' oramai chiaro ed appurato che gli organismi "superiori" sono in realtà degli olobionti, cioè una sorta di simbiosi tra l'organismo ospite e le comunità microbiche che vivono all'interno di essi e che queste ultime hanno un effetto sullo stato fisiologico dell'ospite stesso. Questo vale sia per gli animali sia per le piante. Particolarmente intrigante è la "narrazione" delle piante medicinali/officinali, quelle piante da cui si ricavano estratti e/o oli essenziali che venivano già utilizzati migliaia di anni fa per scopi terapeutici; estratti ed oli essenziali che sono stati "riscoperti" negli ultimi decenni. Questi estratti ed oli essenziali sono una complessa miscela di  tante molecole che, nel loro insieme, hanno attività farmaceutiche importanti: antivirali, antitumorali, antibiotiche e così via.  Si è sempre pensato che le molecole presenti negli oli essenziali e/o negli estratti delle piante officinali fossero sintetizzate dalle piante stesse. La realtà è probabilmente molto, molto diversa. Poiché le piante contengono nei loro tessuti centinaia di migliaia di miliardi di cellule batteriche, è possibile che almeno una parte delle molecole che si ritrovano negli estratti e/o negli oli essenziali siano prodotte dai batteri stessi. Strano mondo quello dei batteri! Un mondo invisibile in cui è contenuto un tesoro di molecole ancora tutto da scoprire. Renato Fani Prof. Ordinario di Genetica, Laboratorio di Evoluzione Microbica e Molecolare, Dipartimento di Biologia, Università degli studi di Firenze