Come il microbioma cambia il paradigma del sè individuale

Oggi, i tre meccanismi biologici classici del funzionamento del singolo individuo: il Sistema Immunitario, il Sistema Nervoso, il genoma, sono messi in discussione dal nuovo campo di ricerca sul microbioma umano. 

Le prove dimostrano che i nostri microbi residenti orchestrano il sistema immunitario adattativo, influenzano il cervello e contribuiscono al funzionamento organico con più funzioni geniche del nostro genoma. La consapevolezza che gli esseri umani non sono entità individuali e sufficienti ma piuttosto il risultato di interazioni sempre mutevoli con i microrganismi comporta la necessità di una revisione delle discipline biologiche. In particolare, mette in discussione l’assunto che tratti distintivi dell’uomo ci distinguano da tutti gli altri animali – e quindi anche le tradizionali divisioni disciplinari tra le arti e le scienze.

Le sfide alle conoscenze biologiche classiche del sé 

Siamo davvero noi esseri umani, individualità separate dal resto del mondo? Fino a poco tempo fa, l’individualità sembrava ovvia, sia per le scienze naturali che per quelle umane. Le scienze naturali hanno trovato la spiegazione di questa soggettività individuale nel funzionamento del Sistema Immunitario adattativo, del Sistema Nervoso e nella sequenza del genoma e proprio quest’ultimo ha catalogato le diverse modalità con cui gli esseri umani, nel tempo e nello spazio, hanno imparato a dare un senso a ciò che significa essere un’unità individuale. Il sé discrezionale era una certezza filosofica nelle scienze naturali e umane.

Oggi questa certezza filosofica – e quindi la nostra concezione dell’individuo (come individuo svincolato dal contesto) – affronta nuove sfide. La fonte di questa sfida è improbabile a prima vista: lo studio dei microrganismi.  La microbiologia è stata individuata fin dall’inizio come la disciplina nel diciannovesimo secolo (probabilmente sin dall’invenzione del microscopio di Antoni van Leeuwenhoek, nel diciassettesimo secolo) riconoscendo che gli animali, incluso l’uomo, convivono con molti microrganismi. Fino a poco tempo fa, tuttavia, questi microrganismi erano generalmente trattati come patogeni o ritenuti insignificanti: l’assenza di microbi era equiparata alla salute. Questa interpretazione classica dei microbi che ospitiamo è stata messa in discussione dalla recente comparsa di tecniche di sequenziamento dei geni a basso costo e ad alto rendimento che hanno permesso lo studio di comunità microbiche senza che fosse necessario coltivarle in laboratorio). 

L’essere umano non è un’entità individuale ma è una comunità dinamica e interattiva di cellule umane e cellule microbiche. Secondo le stime attuali, circa la metà delle cellule del nostro corpo sono microbiche.

Gli studiosi delle scienze naturali, inclusi i clinici, stanno riconoscendo sempre più l’importanza fondamentale del microbioma per l’organismo umano, dapprima ritenuto un sistema biologico a se stante. La scienza del microbioma sta portando ad un’importante rivalutazione dei processi biologici, tanto varia quanto la funzione fisiologica di ogni organo specifico, come la composizione dei metaboliti nei fluidi corporei e la gestione delle malattie trasmissibili. Man mano che la ricerca sul microbioma matura, emergono ampi modelli interpretativi.

Una prima osservazione è che i metaboliti chiave che gli animali, dalle spugne agli umani, ricavano dal loro microbioma sono nutrizionali e di difesa contro i nemici naturali. Questa comunanza non è sorprendente perché le interazioni con il microbioma sono quasi universali negli animali esistenti e più antiche dell’origine evolutiva degli animali: i nostri antenati probabilmente dovevano essere multiorganismi prima di diventare multicellulari.

Una seconda scoperta, più sorprendente e stimolante, è che il microbioma gioca anche un ruolo centrale nei tre processi che sono stati tradizionalmente individuati per comprendere l’organismo umano: l’immunità adattativa dei vertebrati che discrimina il sé dal non sé con una precisione molecolare squisita, il Sistema Nervoso con le sue funzioni, che sono alla base della formazione della personalità e dell’apprendimento umano e della sequenza del genoma di ciascuna persona che guida i nostri tratti fenotipici unici ( Fig 1 ).

Casella di testo: Fig. 1. Relazioni tra microbioma, genetica, Sistema Immunitario e Sistema nervoso
Fig. 1

Cominciamo con l’osservare l’immunità adattativa, che è un sistema di riconoscimento molecolare generato dal ri-arrangiamento genico. Questo complesso sistema di riconoscimento è unico per ciascun organismo perché i cambiamenti genetici (che intervengono in vita e si definiscono epigenetici) sono strettamente specializzati e le potenziali differenze di sequenziamento superano di gran lunga il numero di sequenze che possono essere rappresentate nelle popolazioni cellulari di un singolo individuo; nella maggior parte dei vertebrati, compreso l’uomo, gli eventi di ricombinazione sono limitati ai geni delle immunoglobuline nelle cellule progenitrici dei due linfociti (cellule T e cellule B). Il microbioma non influenza questi eventi genetici, ma svolge un ruolo importante nel dare forma all’abbondanza e alle attività di diversi tipi di cellule T e B. 

Ad esempio, la presenza di alcuni batteri e la relativa composizione del microbioma intestinale può determinare il profilo di popolazioni dei linfociti T helper dei linfociti T a livello intestinale, inducendo sottoinsiemi specifici di cellule con funzioni anti-infiammatorie e sopprimendo quelle pro- infiammatorie.

Inoltre, gli acidi grassi a catena corta, che sono prodotti di scarto metabolico di microrganismi intestinali, promuovono la differenziazione delle cellule B in plasmacellule che secernono molecole protettive di immunoglobuline A (IgA), e ci sono prove che il microbioma intestinale ha un importante effetto sistemico di inibizione delle IgE che mediano molte malattie allergiche (asma, eczema, ecc.), gravi reazioni sistemiche agli allergeni e alcune malattie autoimmuni. 

Sebbene molti aspetti della complessa sintonia tra il microbioma e il sistema immunitario adattivo non siano stati ancora completamente compresi, è già abbondantemente chiaro che il microbioma è parte del processo che definisce sia se l’organismo riconosce un modello molecolare specifico come non sè, sia quanto vigorosamente l’organismo risponda al mondo esterno catalogato come non sé.  

L’immunologia clinica si occupa dello studio delle malattie del sistema immunitario o causate da una sua alterazione funzionale. Nell’Immunologia il sistema immunitario attacca componenti del suo stesso organismo non riconoscendole più come parte di sé, ma questo è il prodotto di complesse interazioni tra le cellule di quell’individuo e una moltitudine di cellule microbiche. 

Vediamo ora le influenze sul Sistema Nervoso. Diversamente da quanto ritenuto per tanto tempo, ciò che è stato tradizionalmente chiamato sé dipende in parte da ciò che è stato tradizionalmente chiamato non-sé. La scienza del microbioma rivoluziona anche una lunga tradizione in anatomia e fisiologia che definisce la nostra identità individuale in termini di funzioni superiori del cervello umano che mediano auto-consapevolezza, tratti della personalità e stato emotivo. Questo può forse mettere in crisi la nostra concezione della nostra umanità e del senso di sé, visto che gli effetti principali del microbioma sulla funzione del sistema nervoso sembrano riferirsi proprio ai tratti comportamentali. Gli studi comportamentali sui roditori correlano perturbazioni o cambiamenti nel microbioma intestinale con la funzione cognitiva, con il comportamento sociale e con le risposte legate allo stress come ansia e depressione; e le indagini anatomiche ed elettrofisiologiche stanno stabilendo una complessa rete di comunicazione tra i prodotti dei microrganismi intestinali e la funzione del sistema nervoso centrale. Sebbene almeno alcuni degli effetti riportati lungo l’asse del microbiota-intestino-cervello possano essere indiretti (ad esempio, dipendenti da effetti dei microbi su: nutrizione, metabolismo e immunità), la ricerca sui sistemi sta rivelando che il microbioma è uno dei principali attori del neurosviluppo e delle malattie neurodegenerative. Pertanto, l’evidenza sperimentale degli effetti del microbioma sui tratti comportamentali che siamo soliti definire come sé – (chi e cosa siamo) – ha implicazioni profonde, oltre il loro significato biomedico e specialmente per la nostra comprensione filosofica del sé umano.

Approfondiamo la terza base biologica del sé: il genoma. La sequenza del genoma di ciascun essere umano è sia fissa (esclusa le mutazioni somatiche) che unica (a parte i gemelli identici). Superficialmente, l’individualità di ciascun sé umano è ulteriormente accentuata dal microbioma, che è unico per ogni individuo, “come le sue impronte digitali”. Questa diversità microbica è importante perché il microbioma di qualsiasi essere umano contribuisce per ordine di grandezza a molti più geni del genoma umano e i geni microbici contribuiscono a molti tratti fenotipici dell’ospite, compresi i tratti nutrizionali e metabolici e l’efficacia dei farmaci terapeutici. 

Il fatto che importanti tratti umani non possano essere definiti esclusivamente dai geni che un uomo possiede non disturba il concetto genetico di sé se i partner microbici e i geni che codificano lo fanno in un modo “affidabile” nell’ospite umano. Sebbene di origine straniera, il microbioma potrebbe essere trattato come “sé onorario”. Il problema, tuttavia, è che molti aspetti della composizione tassonomica e genetica delle comunità microbiche possono variare indipendentemente dal genotipo umano, sia tra gli individui che -nel tempo- all’interno di uno stesso individuo. Il microbiota può cambiare. Questa fluidità nelle relazioni ospite-batteri ha due conseguenze profonde. Il primo – specifico – è quello relativo alla medicina di precisione basata sul genoma che deve essere rivalutato alla luce dell’evidenza che molti tratti importanti dal punto di vista medico non sono modellati esclusivamente dal patrimonio genetico umano ma dipendono in misura significativa dalle capacità genetiche del microbioma. La seconda conseguenza, più ampia, è che la crescente consapevolezza che gran parte della costituzione genetica di ogni corpo umano sia microbica mina radicalmente qualsiasi definizione di “sé” in termini del nostro singolo genoma umano.

Gli studiosi che hanno condotto questa ricerca sottolineano che la scoperta dell’importanza fondamentale del microbioma per la costituzione genetica dell’essere umano è qualitativamente diversa dall’argomento molto più vecchio che sia l’ambiente ad influenzare il nostro genoma. 

È qualitativamente diversa, in primo luogo, nella misura in cui la vecchia distinzione ha lasciato intatta l’ipotesi che sia il nostro genoma nucleare il protagonista principale del sé umano individuale e ha semplicemente concesso all’ambiente una certa “influenza” sul genoma. 

È qualitativamente diversa, in secondo luogo, perché ciò che è in gioco non è in realtà una semplice “influenza”: il microbioma non sta “influenzando” il genoma; sta co-costituendo i metaorganismi che noi umani siamo!

Conseguenze e prospettive

In che modo lo sforzo scientifico risponde alla crescente consapevolezza che la composizione e le attività dei nostri partner microbici siano direttamente coinvolte nei processi biologici chiave che definiscono concetti tradizionali del sé: dalla reattività del nostro sistema immunitario adattativo alle nostre capacità cognitive e ai nostri stati emotivi così come le basi genetiche del nostro fenotipo individuale e buona salute? Per una dimensione ampia, ma per nulla universale, le scienze della vita stanno facendo i conti con le intuizioni stimolanti generate dalla nuova disciplina della scienza del microbioma. In effetti, stiamo assistendo ad investimenti sostenuti da parte di organizzazioni accademiche, commerciali e di finanziamento nei centri di ricerca sul microbioma, iniziative di finanziamento, conferenze e convegni. I libri di testo sono stati rivisti e i corsi di conferenze sono stati riformulati per accogliere la nuova biologia del microbioma. 

Questo non è un momento per le imprese come al solito nelle scienze della vita.

Una conseguenza maggiore è che le implicazioni della scienza del microbioma si estendono, oltre le scienze della vita, anche nelle discipline umanistiche. In effetti, come la vediamo noi, la scoperta che i microrganismi siano una parte costitutiva di noi stessi richiede una nuova configurazione dello sforzo per comprendere cosa significhi essere umani – ancora ad oggi di dominio un pò esclusivo delle scienze umane.

Casella di testo: Fig 2. La ricerca sul microbioma disturba l’idea che l’uomo sia qualcosa di più della mera natura.

Storicamente, la suddivisione del lavoro tra le facoltà che si occupavano di arte e facoltà che si occupavano della scienza è emersa nel XVIII secolo, accanto all’idea che gli esseri umani siano più di una semplice natura – che ci sono capacità esclusive umane che ci distinguono da “semplici” animali e piante. Più specificamente, l’argomento era che la ragione, il linguaggio e l’arte avessero liberato l’umano dalle contingenze della natura e avessero gradualmente dato origine a un mondo specificamente umano, un mondo dotato di “cultura” che è irriducibile alle leggi della natura e che quindi richiede il proprio set di scienze (il termine “cultura” fu usato per la prima volta per marcare un mondo umano -distintivo dal mondo animale e dalle piante alla fine degli anni settanta). Probabilmente, le scoperte della ricerca sui diversi microbioma disturbano profondamente la comprensione dell’umano che ha sostenuto la tradizionale distinzione tra le scienze naturali (interessate al non umano) e le arti (che riguardano l’umano come qualcosa di più della mera natura). In modo provocatorio, se gli umani dipendono dai microrganismi, allora ciò che è in gioco nello studio dei microbi in quanto microbi non è solo la comprensione dei microrganismi, ma anche la comprensione del mondo umano. Ciò non significa che il campo delle arti possa ora essere convenientemente arato nell’ottica delle scienze naturali. Al contrario, significa che la posta in gioco delle scienze naturali supera l’esperienza delle scienze naturali e raggiunge le arti. Ciò rende stretta la collaborazione delle scienze della vita con l’imperativo di tener conto delle scienze umane. 

Da ciò si desume che è importante -ma non abbastanza – per sostenere che “non siamo mai stati individui” – o per suggerire che i mondi umani e microbici sono inseparabilmente “impigliati”… Ciò che è necessario, inoltre, è una configurazione completamente nuova della ricerca, in cui le arti e la scienza si combinino. La sfida è duplice. I ricercatori delle scienze della vita devono imparare che la posta in gioco della loro ricerca è più grande della loro esperienza, e i ricercatori delle arti devono imparare a pensare all’uomo – filosofia, politica e poesia – oltre l’idea ormai insostenibile che gli umani siano più di mera natura. La sfida è grande, l’opportunità ancora più grande: è il tempo, e forse il tempo passato, a ripensare in modo collaborativo – al di là delle divisioni artistiche e scientifiche – cosa significa essere un essere umano vivente in un mondo microbico, su cui noi dipendiamo e con cui siamo inseparabilmente intrecciati. La scienza del microbioma ha l’eccitante – l’importante – potenziale per catalizzare la rottura delle barriere anacronistiche tra le scienze naturali e umane e consentire una comprensione veramente integrata di ciò che significa essere umani, dopo l’illusione del sé individuale limitato. L’umano è più dell’umano.

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2005358
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2005358
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