Le innovazioni nei microbiomi promuovono la produzione alimentare sostenibile e la salute umana

Sono minuscoli, invisibili e, tuttavia, così potenti. Stiamo parlando dei microbiomi, le comunità di microrganismi che abitano quasi ogni ambiente concepibile. I microbiomi hanno un impatto enorme sulle nostre vite, perfino senza che, per la maggior parte del tempo, siamo consapevoli della loro esistenza. Non solo svolgono un ruolo vitale per la nostra salute, ma anche per quella dei nostri ecosistemi. Man mano che approfondiamo la nostra conoscenza del “micro-mondo”, stiamo assistendo all’ingresso nel mercato di un numero sempre maggiore di prodotti, strumenti e altre innovazioni derivanti dalla ricerca sui microbiomi. Queste innovazioni diventeranno sempre più importanti in futuro, poiché mantengono la promessa di aiutarci a risolvere alcune delle principali sfide del XXI secolo, dalla mitigazione dei cambiamenti climatici alla garanzia dell'approvvigionamento alimentare e alla lotta contro le malattie comuni dell’uomo.

Siamo circondati dai microbiomi

Potreste aver già sentito parlare dei microbiomi. Tuttavia, non avendo mai visto questi organismi microscopici, ci si dimentica facilmente di loro. State certi che questo vale per la maggior parte di noi. Tuttavia, la nostra maggiore comprensione del microbioma intestinale e della sua importanza per la salute umana ha suscitato un crescente interesse per il microbioma in tutto il mondo. Ma i microbiomi vanno ben oltre l'intestino. Queste comunità di microrganismi - comprendenti batteri, archei, eucarioti unicellulari, funghi e virus1 - esistono anche negli animali, sulla terra e nel mare, nel terreno, nelle piante e nelle acque. Costituiscono una parte essenziale degli ambienti che abitano e, come tali, sono fondamentali per il loro funzionamento e la loro salute.

Utilizzo di microbiomi per ottenere una bioeconomia circolare

Studiando i microbiomi e gli ambienti in cui vivono (insieme formano i cosiddetti “ecosistemi”), i ricercatori stanno acquisendo una maggiore comprensione del funzionamento di tali ecosistemi e, cosa più interessante, di come le funzioni microbiche potrebbero essere utilizzate a nostro vantaggio. Assistiamo allo sviluppo di un numero sempre crescente di soluzioni basate sui microbiomi, che ci aiutano a gestire le limitate risorse del nostro pianeta in modo tale da poter ottenere cibo, energia e altri beni utilizzando poche risorse naturali, per lo più rinnovabili, anche dai flussi dei rifiuti. Questo concetto è anche denominato “bioeconomia” circolare o “economia basata sulla vita”2 ed è strettamente collegato agli obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG) delle Nazioni Unite.3 La ricerca sui microbiomi ha aperto un'importante finestra di opportunità per l'approccio bioeconomico. Essa offre soluzioni molto pratiche con un grande potenziale commerciale e che potrebbero avvantaggiare il benessere della nostra società, ad esempio, sostenendo la sicurezza alimentare, riducendo la minaccia della resistenza antimicrobica e giovando alla nostra salute. Alla luce di ciò, non sorprende che la ricerca microbiomica stia attirando l’attenzione anche dei politici e dell’industria.

Innovazioni microbiomiche

Che cosa significa allora in pratica assaporare la conoscenza e il potenziale dei microbiomi? Dalla ricerca sui microbiomi stanno emergendo molteplici applicazioni, alle quali spesso ci riferiamo come “innovazioni microbiomiche”. Queste possono avvenire sotto forma di un prodotto, di una metodologia, di uno strumento o di un processo che si basa sull'attività delle comunità microbiche. In particolare, nei settori della sanità e della produzione alimentare, si registra una tendenza crescente verso le innovazioni microbiomiche.

Generare maggiori conoscenze sui microbiomi per migliorare la salute umana

Oggi sappiamo che il microbioma intestinale è una parte essenziale del nostro corpo e guida il nostro sistema immunitario, il metabolismo e anche i nostri stati d'animo e comportamenti.4 Questa conoscenza piuttosto recente ha aperto strade completamente nuove per il trattamento delle malattie. Le applicazioni innovative dei microbiomi hanno creato un mercato gigantesco, che spazia dagli alimenti funzionali (ad esempio, alimenti arricchiti con fibre prebiotiche e/o batteri probiotici) agli integratori alimentari (ad esempio capsule o polveri probiotiche) alle applicazioni terapeutiche (ad esempio, trapianti del microbioma intestinale).5 Avete mai sentito parlare del termine “psicobiotico”? Questo nuovo tipo di probiotico viene testato per aiutare i pazienti affetti da malattie mentali, con risultati promettenti.6 Recentemente, c’è stata anche una rinascita degli alimenti fermentati (per esempio, sottaceti, kefir, yogurt, pane da pasta madre) dovuta ai loro benefici potenziali per la salute.7 Un'altra tendenza relativamente nuova per la salute sono i kit di analisi del microbioma. Gli acquirenti di tali kit possono non solo ottenere un'analisi della comunità batterica che vive nel loro intestino, ma anche consigli dietetici e sulla salute offerti su misura in base ai risultati dei test. Tuttavia, considerando che non sappiamo ancora molto del microbioma, ad esempio, sul ruolo di specifiche specie microbiche nel nostro intestino e che la tecnologia per l'analisi dei microbiomi è ancora agli albori, i risultati di tali test vanno interpretati con cautela.

Inoltre, alla luce delle nostre attuali conoscenze, non possiamo definire che cos'è un microbioma “sano” ed è ancora poco chiaro se tale definizione possa mai essere possibile.8 Fino a quando non studieremo il microbioma intestinale delle persone in studi più ampi su diversi mesi o anni e osserveremo come cambia in base a età, malattie, dieta e altri fattori di stile di vita, non saremo in grado di offrire specifiche raccomandazioni per la salute relativamente ai microbiomi. Infine, e forse in un futuro non troppo lontano, i ricercatori saranno in grado di sviluppare microbi “intelligenti”, che svolgono i compiti desiderati, come la lotta contro gli agenti patogeni sempre in agguato, la diagnosi delle prime fasi delle malattie e la somministrazione di farmaci a parti specifiche del nostro corpo.9 Questo settore di ricerca, a cui ci riferiamo come “ingegneria microbica”, esiste già, ma necessita ancora di ulteriori sviluppi per garantire l’uso sicuro di tali organismi manipolati. Quindi, cerchiamo di essere pazienti e di aver fiducia che la scienza continuerà le sue intense indagini sugli “insetti come farmaci o entomoterapia”.

Migliorare la produzione alimentare sostenibile e sicura attraverso i microbiomi

Anche nei settori dell'agricoltura e della produzione alimentare le innovazioni microbiomiche potrebbero essere i nostri eroi silenziosi, aiutandoci a fornire alla popolazione mondiale cibo sufficiente e sano, nonché a farlo in modo sostenibile. Ad esempio:

• I microrganismi vengono già applicati con successo in agricoltura come biofertilizzanti. In quanto tali, forniscono alla pianta nutrienti essenziali, contribuendo così a colture fiorenti e rese più elevate per gli agricoltori. Nello stesso tempo sostituiscono i fertilizzanti chimici, che sono dannosi per l'ambiente poiché emettono gas a effetto serra e inquinano le falde acquifere sotterranee durante la decomposizione.
• Nell’allevamento del bestiame e nell’acquacoltura, l'aggiunta di microrganismi ai mangimi è una pratica comune per migliorare la qualità nutrizionale dei mangimi, ottenendo animali più sani e produttivi.
• Negli impianti per la produzione e la trasformazione degli alimenti, sono stati applicati nuovi metodi analitici per identificare le comunità microbiche lungo la catena di produzione, consentendo ai produttori alimentari di monitorare meglio i pericoli derivanti dai microrganismi patogeni e indesiderati e di adottare adeguate misure di sicurezza alimentare.

Ricerca sui microbiomi: Facciamo meglio insieme!

Una delle prossime pietre miliari della ricerca sui microbiomi sarà il progresso di strumenti analitici, che ci consentiranno di caratterizzare meglio le specie microbiche presenti in ambienti specifici e le funzioni che svolgono (il loro “teatro di attività”, come lo chiamano gli scienziati). Questa conoscenza potrebbe aiutarci a progettare tecnologie microbiomiche più efficaci e accurate. Poiché questi strumenti si basano principalmente su modelli informatici, i microbiologi dovranno collaborare sempre più con i bioinformatici e i data scientist, oppure essere formati in queste discipline. Infine, coloro che mettono in pratica queste tecnologie - gli agricoltori nei campi, i produttori di alimenti e i responsabili della sicurezza, i medici e gli operatori sanitari - hanno bisogno di conoscere i dettagli di come funziona. Altri ostacoli che devono essere superati comprendono una maggiore cooperazione internazionale per diffondere le conoscenze, allineare i metodi di ricerca e coordinare i finanziamenti. Inoltre, occorre creare quadri giuridici favorevoli ai microbiomi che facilitino l'approvazione di nuovi prodotti a base di microbiomi e consentano un rapido accesso al mercato.

Nell'intento di affrontare queste e altre questioni e promuovere l'innovazione nel settore dei microbiomi, nel 2018 è stato lanciato il progetto MicrobiomeSupport finanziato dall'UE. Tra i principali risultati del progetto negli ultimi 4 anni vi sono:

• Proporre una definizione aggiornata del termine “microbioma” (così tutti i professionisti dei microbiomi parleranno la stessa lingua)
• Raccomandare approcci di ricerca standard (in modo da poter confrontare i risultati di studi diversi)
• Definire le lacune nella ricerca (in modo da poter orientare le esigenze da finanziare successivamente)
• Delineare le esigenze educative di scuole, università e professionisti (in modo da poter dotare i futuri specialisti dei microbiomi delle competenze necessarie)
• Aumentare la consapevolezza e la conoscenza dei microbiomi (in modo che tutti noi comprendiamo come i microbiomi influenzino la nostra vita quotidiana e siamo consapevoli delle potenziali innovazioni in questo campo)

Anche se quest’anno il progetto sta per concludersi, il futuro della ricerca sui microbiomi sembra brillante. Dopo tutto, gli sforzi e l'interesse per migliorare la nostra comprensione del micromondo, così affascinante, non mancano. Tuttavia, abbiamo ancora molto lavoro da fare, così come i microbi!

Date un'occhiata all'infografica "Microbiomi nel sistema alimentare" per saperne di più su dove si possono trovare i microbiomi nell'ambiente circostante.

Questo progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 realizzato dall’Unione europea nel quadro dell’accordo di sovvenzione n. 818116.

Riferimenti

1. Berg G, et al. (2020). Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome 8, 103.
2. European Commission (2019). Food, bioeconomy, natural resources, agriculture and environment.
3. Bio-based Industries Consortium (2018). Bioeconomy and the UN Sustainable Development Goals.
4. Cresci G. A. & Bawden E. (2015). Gut Microbiome: What We Do and Don't Know. Nutrition in Clinical Practice 30(6): 734–746.
5. Zhang Y, et al. (2022). Human Microbiome and Its Medical Applications. Frontiers in Molecular Biosciences 8: 703585.
6. Sharma R, et al. (2021). Psychobiotics: The Next-Generation Probiotics for the Brain. Current Microbiology 78(2): 449-463.
7. Bell V, et al. (2018). One Health, Fermented Foods, and Gut Microbiota. Foods 7(12): 195.
8. Shanahan F, et al. (2021). The Healthy Microbiome - What Is the Definition of a Healthy Gut Microbiome? Gastroenterology 160(2): 483-494.
9. Sonnenburg J. (2015). Microbiome Engineering. Nature 518: 10.