Una nuova strategia per “leggere” gli spartiti del microbioma

La pancia domina il corpo e la mente. Tutto quello che accade nell’intestino, oggi la scienza ce lo dice con certezza, ha conseguenze profonde su tutti gli altri distretti dell’organismo: il responsabile si chiama microbiota, ossia l’insieme di tutti i microrganismi (per lo più batteri, ma anche funghi, protozoi e virus) che convivono con noi e che, oltre all’intestino, loro sede principale, abitano anche sulla pelle, sui capelli, nella cavità orale, nei polmoni, nella vagina, nella cavità oculare e nel canale uditivo.

Parliamo di centinaia di migliaia di specie di microrganismi diversi, per un totale di oltre 100 trilioni di microbi, che da migliaia di anni si sono co-evoluti con l’essere umano e che interagiscono continuamente con il sistema immunitario, metabolico e nervoso, influenzando processi chiave come la digestione, la sintesi di vitamine e la modulazione delle risposte infiammatorie. Un’interazione molto complessa, simile all’esecuzione orchestrale di una sinfonia: fino a oggi, le moderne tecnologie di sequenziamento del DNA ci hanno permesso di identificare con precisione quali “musicisti” sono presenti nell’intestino, e quali strumenti hanno a disposizione per suonare, ma non quale “brano” stiano effettivamente eseguendo.

Per ottenere questa informazione, e comprendere – continuando nella metafora musicale – anche quali sono le reazioni del “pubblico”, ossia l’organismo ospite, un gruppo di scienziati dell’Università di Vienna ha recentemente messo a confronto le metodologie più avanzate per analizzare simultaneamente le proteine del microbiota e dell’ospite: i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

La sfida della metaproteomica

Il complesso studio dell’insieme delle proteine espresse da un’intera comunità microbica prende il nome di metaproteomica. Si tratta di un campo di indagine estremamente ostico: i campioni fecali sono tra i più complessi, perché contengono proteine che derivano da centinaia di organismi diversi con concentrazioni che variano di moltissimi ordini di grandezza. Per individuare i metodi più solidi in questo ambito, i ricercatori hanno valutato cinque diverse strategie di acquisizione dati basate sulla spettrometria di massa Pasef (Parallel Accumulation-Serial Fragmentation), una tecnologia che consente di “intrappolare” e frammentare i peptidi in modo da aumentarne la velocità e la sensibilità di rilevazione. Nello studio sono state effettuate ben 540 acquisizioni su un campione base di peptidi fecali umani, al quale sono state aggiunte quantità note di due batteri di riferimento (Ligilactobacillus murinus e Salinibacter ruber) in modo da poter valutare la capacità degli strumenti di misurare i membri meno abbondanti della comunità.

Maggiore sensibilità e applicazioni in vivo

Dall’analisi è emerso che le strategie basate sull’acquisizione indipendente dai dati (Dia), e in particolare due approcci (Dia-Pasef) e (Slice-Pasef), hanno garantito le prestazioni più elevate in termini di copertura proteica e riproducibilità quantitativa, specialmente nel rilevamento di peptidi microbici a bassa abbondanza. “La metaproteomica ci permette di vedere cosa stanno effettivamente facendo le comunità microbiche, piuttosto che semplicemente quali microbi sono presenti”, ha commentato Feng Xian, primo autore dello studio.

“Identificando le strategie analitiche più adatte, speriamo di rendere la futura ricerca sul microbioma più sensibile, riproducibile e accessibile in medicina, scienze ambientali e biotecnologia”. L’affidabilità di queste metodologie è stata ulteriormente verificata applicandole a un modello biologico pertinente: i ricercatori hanno analizzato campioni murini (topi) affetti da una lesione epiteliale del colon, e osservato come in questo contesto, i metodi più performanti hanno catturato variazioni coerenti sia nelle funzioni dei microbi sia nelle risposte di riparazione dei tessuti dell’ospite durante l’insorgenza e il successivo recupero dall’infiammazione intestinale.

L’impatto clinico e le collaborazioni internazionali

Fornire alla comunità scientifica protocolli di misurazione più stabili significa gettare fondamenta solide per i futuri studi clinici: l’obiettivo a lungo termine degli autori dello studio è comprendere nel dettaglio come il microbioma influenzi le malattie umane, dalla digestione fino all’immunità. “Sviluppare tecnologie migliori è essenziale se vogliamo rispondere alla prossima generazione di domande nella ricerca sul microbioma. Solo ascoltando lo spartito musicale suonato dai microbi possiamo iniziare a capire perché il pubblico – l’ospite – risponda in un modo particolare”, ha spiegato David Gomez-Varela, direttore del Bruker Daltonics Center of Excellence (CoE) for Metaproteomics all’Università di Vienna, inquadrando le prospettive della ricerca. “Auspicabilmente riusciremo a migliorare la nostra comprensione del ruolo del microbioma nella salute umana. Stiamo già applicando questi progressi in collaborazioni cliniche internazionali per studiare il coinvolgimento dei microbiomi in malattie neurologiche, metaboliche e autoimmuni”.