Zoom sulla vita dei microbi
Ogni animale è considerato un ecosistema a sé stante, colonizzato da microbioti in organi come la pelle e l’intestino. Insieme all’ospite, queste comunità microbiche costituiscono quello che gli scienziati chiamano olobioma. Comprendere le interazioni tra questi microrganismi commensali e con l’ospite è fondamentale per la salute, il benessere e la produzione di animali. I tradizionali metodi di studio delle interazioni ospite-microbiota si concentrano sull’identificazione dei microbi ma trascurano un parametro importante: l’esatta posizione dei microbioti all’interno dell’ospite, la loro vicinanza ai nutrienti e ai concorrenti. Tutto ciò può avere profonde conseguenze sul comportamento e sull’interazione dei microbi. È quindi necessario svelare il contesto spaziale dei batteri e delle biomolecole nei tessuti.
Integrazione di tecnologie omiche
Per capire come i microbi interagiscono tra loro e con l’ospite, il progetto 3D-omics(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si è proposto di utilizzare una combinazione di approcci omici(si apre in una nuova finestra), strumenti che analizzano i geni, le proteine e le sostanze chimiche presenti nel corpo. Mappando queste informazioni in 3D, il team ha voluto vedere non solo cosa succede nell’intestino ma anche dove succede esattamente. Come spiega il coordinatore del progetto, Antton Alberdi: «Attraverso l’integrazione di più dati omici provenienti dall’ospite e dai microbi, possiamo andare oltre la semplice catalogazione degli organismi presenti e iniziare a capire cosa fa ciascuno di questi organismi e come interagiscono». Osservando quali geni vengono attivati, quali proteine vengono sintetizzate e quali piccole molecole sono presenti, gli scienziati possono ottenere informazioni su come i microbi e l’ospite si influenzano a vicenda. Se combinati, tali livelli di informazione forniscono un quadro più chiaro di come queste relazioni influiscano sulla salute degli animali.
Analisi microbica in 3D
Ogni tipo di analisi omica richiede i propri protocolli di preparazione e trattamento dei campioni, il che rende difficile combinare i risultati. Molte banche dati di riferimento, inoltre, spesso mancano di informazioni essenziali sulla funzione dei geni microbici. A complicare ulteriormente le cose, ospiti e microbi sono regolati in modo differenziato e i metaboliti microbici possono influenzare parti del corpo lontane dal loro sito di produzione. Per risolvere tali problemi, il consorzio ha sperimentato un nuovo metodo detto metagenomica spaziale su microscala (MSSM). A differenza delle omiche convenzionali, che richiedono grandi quantità di materiale e ignorano la struttura 3D, la MSSM identifica quali microbi, geni e funzioni sono presenti in griglie larghe 25 micrometri. Ciò consente ai ricercatori di sapere esattamente quali ceppi si associano alle specie probiotiche o come patogeni come la Salmonella si posizionano vicino ai tessuti dell’ospite.
Trasformare le mappe microbiche in informazioni significative
Il team di 3D-omics ha applicato la piattaforma MSSM per migliorare la produzione zootecnica, portando alla luce il modo in cui ceppi specifici interagiscono con i microbi nativi dell’intestino e dove si colonizzano. Tali informazioni tridimensionali consentono ai ricercatori di individuare il modo in cui i microbi si raggruppano intorno a specifici nutrienti come le fibre, aggiunte nei mangimi per sostenere il metabolismo e la funzione immunitaria. La MSSM fornisce informazioni su dove avviene la degradazione delle fibre e su quali microbi lavorano insieme, consentendo di progettare miscele di fibre e integratori mirati che supportino in modo più efficace gli ecosistemi intestinali benefici. «La nostra tecnologia di analisi del microbioma su microscala può essere applicata a qualsiasi ecosistema microbico complesso», sottolinea Alberdi. Il team sta ora estendendo la ricerca alla salute umana per prevedere quali comunità microbiche prospereranno con diete o trattamenti specifici. In futuro, l’approccio di 3D-omics potrebbe aiutare ad adattare le terapie probiotiche ai singoli pazienti o alle razze di bestiame, tenendo conto delle specifiche strutture spaziali del loro microbiota intestinale.
