Che cos’è il microbioma e perché è importante?

Ultima modifica : 16 June 2021

I microbiomi sono ovunque intorno a noi e dentro di noi. Sono parte integrante del nostro sistema alimentare e sono presenti in quasi ogni fase della produzione alimentare. Nonostante le connotazioni negative, come problemi di sicurezza alimentare e malattie spesso associate a batteri e altri microrganismi, in realtà i microbiomi forniscono molti benefici e sono essenziali per cibi nutrienti, abbondanti e deliziosi.

1. Microbioma vs microbiota: qual è la differenza?

I microrganismi come batteri, archaea, funghi, alghe e virus sono minuscoli organismi reperibili quasi ovunque sul nostro pianeta, dai ghiacciai dell'Antartide alle aree più profonde degli oceani, e anche nel sistema alimentare. Spesso sono noti solo per i danni e i pericoli che alcuni di essi possono comportare, come intossicazione alimentare, resistenza antimicrobica o malattie infettive come l'influenza suina o aviaria. Tuttavia, i microrganismi comportano molti effetti benefici e positivi per la nostra salute e il nostro benessere, e svolgono ruoli importanti ed essenziali per l'ambiente. Un insieme di microrganismi diversi che convivono in un habitat, come l'intestino umano o il suolo, è chiamato microbiota. Il termine microbioma, d'altra parte, descrive una comunità di microrganismi diversi che occupa un determinato ambiente, e considera anche come tali microrganismi interagiscono tra loro e le condizioni ambientali circostanti.¹

2. Usi dei microrganismi

I microrganismi sono utilizzati per numerosi scopi e applicazioni, e svolgono molte funzioni essenziali, come:

Benefici per la salute

Spesso, quando si sente la parola microbioma, si pensa al microbioma intestinale, il che è comprensibile poiché le informazioni al riguardo sono più diffuse e ne sentiamo parlare di più.  Nel corpo umano ci sono circa 40 trilioni di cellule batteriche e il tratto digestivo è il luogo con la più alta densità di microrganismi.² I batteri intestinali aiutano gli esseri umani a digerire il cibo e sono strettamente legati alla salute immunitaria. Possono essere influenzati da fattori ambientali e dalla dieta. I componenti alimentari prodotti da o basati su microrganismi, come alimenti fermentati e probiotici, possono potenzialmente supportare un microbioma intestinale sano.³

L'intestino non è l'unica parte del corpo umano in cui possono trovarsi i microrganismi. Gli esseri umani hanno anche, ad esempio, microbiomi vaginali, nasali, orali e cutanei che svolgono ruoli importanti per la salute. Si stima che il peso totale dei batteri nel nostro corpo arrivi fino a 200 grammi, composto solo da minuscoli microrganismi.²

Benefici per l'ambiente

I microrganismi sono una componente essenziale dell'ecosistema e hanno un grande impatto sull'ambiente in cui viviamo. Comprendere meglio il microbioma ambientale potrebbe quindi essere la chiave per affrontare le sfide della società come il cambiamento climatico, poiché l'impatto del cambiamento climatico dipende fortemente dalle risposte dei microrganismi.⁵

I microbiomi contribuiscono in diversi modi alla salute degli ecosistemi globali. I microrganismi nell'oceano, ad esempio, aiutano a immagazzinare carbonio e producono metà dell'ossigeno che respiriamo. Nel suolo, alcuni microrganismi supportano la crescita delle piante fissando i nutrienti e decomponendo la materia organica.⁵ Inoltre, i microrganismi possono contribuire alla produzione di energia generando biogas, e sono utilizzati anche nel trattamento delle acque reflue e nella bonifica di siti inquinati.^5,6

Scopi medici

I microrganismi contribuiscono anche alle cure mediche e alla salute pubblica. Sono utilizzati, ad esempio, nella produzione di prodotti farmaceutici come antibiotici e vaccini.⁶

Produzione alimentare

All'interno del sistema alimentare, i microrganismi svolgono un ruolo importante nella produzione e conservazione degli alimenti, come yogurt, sottaceti o kimchi.⁶ I microbiomi possono trovarsi anche in molte parti del sistema alimentare, come nel bestiame, nei pesci, nel suolo e nelle colture, e hanno il potenziale per ridurre l'impatto ambientale negativo degli sprechi alimentari, producendo compost e recuperando i nutrienti da esso.^4,7 Nella prossima sezione approfondiremo il ruolo vitale svolto dai microbiomi nel sistema alimentare.

3. I microrganismi nella produzione alimentare

I microbiomi sono presenti ovunque nel sistema alimentare, e i microrganismi sono utilizzati lungo l'intera catena alimentare. È possibile trovare microrganismi benefici, e non solo, in tutte le fasi e gli ambienti di produzione alimentare:

Piante e suolo

Il suolo, le piante e le loro radici sono costantemente colonizzati da una varietà di microrganismi. In particolare, l'area attorno alle radici, chiamata anche "rizosfera", è un punto di intensa attività microbica. I microrganismi nella rizosfera, di solito, provengono dal terreno circostante. Essi supportano la pianta per ottenere nutrienti e alcuni possono ridurne i livelli di ormoni dello stress. Tuttavia, alcuni batteri, se presenti in quantità sufficienti e con determinate condizioni ambientali, possono anche danneggiare la pianta e causare malattie. Le pratiche agricole, il tipo di pianta, i geni della pianta e altri fattori ambientali possono influenzare il microbioma della pianta e il suo funzionamento. I ricercatori stanno lavorando allo sviluppo di inoculanti di microrganismi (noti anche come probiotici per il suolo) che possono essere utilizzati sul campo per promuovere la crescita delle piante, la resilienza allo stress e la salute delle colture.⁸

Ambiente acquatico e marino

I microrganismi costituiscono una parte importante della vita marina e, grazie alla loro capacità di fissare azoto e carbonio, costituiscono anche la base della rete alimentare oceanica.⁵ Le alghe e i batteri fotosintetici sono i principali componenti del fitoplancton marino e, quindi, la principale fonte di cibo per pesci e altre creature marine.⁶ Tuttavia, alcune alghe microscopiche possono produrre composti tossici e, se pesci e crostacei si nutrono di esse, possono accumularne le tossine. Chi consuma quei pesci o quei crostacei ingerisce anche le tossine. Ciò può avere un impatto negativo sulla salute umana e portare a un'intossicazione alimentare.¹⁰ I microrganismi sono presenti negli oceani in grande quantità e in un'elevata diversità, tanto che, finora, gli scienziati sono stati in grado di individuarne solo una piccola parte.⁹

Animali

Gli animali hanno un proprio microbioma, ad esempio nell'intestino o sulla pelle, che è ugualmente diversificato, se non di più, come il microbioma umano. I microrganismi aiutano gli animali ad assorbire i nutrienti, supportano il loro sistema immunitario e influiscono sulla salute del bestiame.⁴
L'aspetto negativo è che alcuni batteri, presenti in quantità sufficienti, possono rivelarsi patogeni e causare malattie infettive nell'allevamento e nell'acquacoltura. Per controllare e prevenire la loro diffusione, vengono utilizzati gli antibiotici. Tuttavia, l'uso eccessivo e improprio degli antimicrobici può accelerare lo sviluppo di batteri che vi resistano. È una grave minaccia per la salute pubblica, poiché i batteri resistenti agli antimicrobici sono probabilmente trasmessi dall'animale all'uomo tramite il cibo di origine animale consumato.¹¹

Fermentazione del cibo

I microrganismi sono utilizzati nella produzione di diversi alimenti come yogurt, formaggio, salsa di soia e sottaceti. La fermentazione degli alimenti li conserva più a lungo e, in passato, veniva utilizzata per prevenire il deterioramento. Inoltre, essa può anche migliorare la qualità nutrizionale del prodotto.⁶ Lo sapevi che i microrganismi sono fondamentali anche per produrre cioccolato e caffè? Senza fermentazione, il cacao e i chicchi di caffè non svilupperebbero il loro gusto e il sapore distintivo.

Scarti alimentari

Conservare il cibo per troppo tempo o in condizioni sbagliate può far sì che inizi a marcire. Nel tempo, con l'aumento della quantità di microrganismi indesiderati, ciò può portare al deterioramento degli alimenti e ad altri problemi di sicurezza alimentare, come l'intossicazione.¹² D'altra parte, i microrganismi possono essere utili nel riciclaggio degli scarti alimentari. Tramite il compostaggio contribuiscono al recupero di nutrienti dai rifiuti che possono essere reimmessi nel suolo come biofertilizzanti.⁷

Prospettive future

I microbiomi del suolo, delle piante, degli animali e degli ecosistemi marini sono fondamentali per la salute ambientale e per un sistema alimentare che fornisca a tutti degli alimenti nutrienti, convenienti, sicuri e sostenibili. La ricerca e l'innovazione sui microbiomi nel sistema alimentare sono in costante progresso. La conoscenza del microbioma nel sistema alimentare giocherà un ruolo importante nella creazione di diete sane per tutti e nella trasformazione dell'attuale sistema alimentare in uno più sostenibile.¹³ Il progetto CIRCLES (accordo di sovvenzione Horizon 2020 n. 818290), finanziato dall'UE, ad esempio, studia le interazioni e le circolazioni del microbioma lungo sette catene alimentari (spinaci, pomodori, pollame, suini, salmone dell'Atlantico, acquacoltura di orate e pesci marini) per fornire applicazioni e innovazioni alimentari nuove e più sostenibili. Alcune delle domande che il progetto cerca di affrontare sono:

• Si possono avere probiotici per il terreno per migliorare la crescita di pomodori e spinaci?
• Il microbioma dei pesci selvatici influisce sul microbioma dei pesci in acquacoltura e viceversa?
• I microbiomi degli animali da allevamento (polli e maiali) interagiscono con i microbiomi dei lavoratori agricoli?

Il progetto terminerà nel 2024 e, per allora, ci auguriamo di rispondere ad alcune di queste domande.

Riassunto

I microrganismi sono essenziali lungo l’intera produzione alimentare, dal supporto per la crescita delle colture al compostaggio dei rifiuti alimentari.

Riferimenti

1. Berg G, et al. (2020). Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome 8 (103).
2. Sender R, Fuchs S & Milo R (2016). Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biology 14(8).
3. Bell V, et al. (2018). One Health, Fermented Foods, and Gut Microbiota. Foods 7(12).
4. Trinh P, et al. (2018). One Health Relationships Between Human, Animal, and Environmental Microbiomes: A Mini-Review. Frontiers in Public Health 6.
5. Cavicchioli R, et al. (2019). Scientists’ warning to humanity: microorganisms and climate change. Nature Reviews Microbiology 6:569-586.
6. Timmis K, et al. (2019). The urgent need for microbiology literacy in society. Environmental Microbiology 21 (5):1513-1528.
7. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2019). The state of food and agriculture - moving forward on food loss and waste reduction. Rome, Italy: FAO.
8. Compant S, et al. (2019). A review on the plant microbiome: Ecology, functions, and emerging trends in microbial application. Journal of Advanced Research 19:29-37.
9. Atlantic Ocean Research Alliance (AORA) (2020). Marine Microbiome Roadmap.
10. Berdalet E, et al. (2016). Marine harmful algal blooms, human health and wellbeing: challenges and opportunities in the 21st century. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom 96(1):61-91.
11. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2016). Drivers, dynamics and epidemiology of antimicrobial resistance in animal production. Rome, Italy: FAO.
12. De Filippis F, Parente E & Ercolini D (2018). Recent Past, Present, and Future of the Food Microbiome. Annual Review of Food Science and Technology 9(1):589-608
13. Malyska A, et al. (2019). The Microbiome: A Life Science Opportunity for Our Society and Our Planet. Trends in Biotechnology 37(12):1269-1272.