Decine di migliaia di specie di fagi abitano l’intestino di ogni persona

Dopo aver analizzato campioni fecali umani, gli scienziati hanno identificato 54.118 specie di virus, la maggior parte dei quali si è rivelata essere virus batterici – batteriofagi

Recentemente, l’interesse degli scienziati per il microbiota umano è in crescita: microrganismi che vivono sulla nostra pelle e sulle mucose e che hanno un’influenza significativa sulla nostra salute. La quantità forse maggiore di flora simbiotica vive nell’intestino umano: partecipa alla digestione del cibo, alla protezione dai patogeni, alla maturazione del sistema immunitario e alla modulazione della sua attività, e influenza persino l’attività nervosa superiore.

Oggi il microbiota intestinale umano è l’ecosistema microbico più studiato al mondo, anche se finora più del 70% delle specie batteriche non è stato coltivato in laboratorio. Questo è noto grazie all’uso di metodi di metagenomica – analisi genetica di materiale ottenuto da un determinato ambiente. La sequenza dell’intero DNA di tale materiale fornisce un’istantanea immediata di tutti gli organismi viventi presenti nel campione in un dato momento. La metagenomica ha dimostrato quanto la scienza moderna sia lontana dall’identificare e isolare tutti i batteri intestinali, e ancora più lontana dalla comprensione dei virus intestinali.

Gli scienziati hanno utilizzato programmi informatici per analizzare 11.810 metagenomi di campioni fecali di persone provenienti da 24 paesi*. Il loro obiettivo era determinare quale percentuale dei genomi degli abitanti intestinali fossero virus. Il risultato dello studio è stata la creazione del Metagenomic Gut Virus Catalogue, che ad oggi è la risorsa più completa di questo tipo. Il catalogo contiene 189.680 genomi virali che rappresentano più di 50.000 specie di virus. È interessante notare che più del 90% di essi è sconosciuto alla scienza. Insieme, codificano più di 450.000 proteine diverse che possono essere utili o dannose per i batteri e, di conseguenza, possono avere un effetto o l’altro sull’uomo.

L’elemento genetico più comune nei genomi dei fagi analizzati sono i cosiddetti Diversity-Generating Retroelements (DGR). Causano mutazioni in determinati geni bersaglio per creare il maggior numero possibile di varianti nella corsa evolutiva con i batteri ospiti, selezionando costantemente quelle ottimali.

Dopo l’identificazione, i fagi dovevano essere associati ai batteri ospiti. Per fare ciò, gli scienziati hanno utilizzato le funzioni del sistema CRISPR – una sorta di sistema immunitario batterico che “ricorda” le infezioni virali e ne previene il ripetersi. I batteri copiano e conservano frammenti di geni virali nel proprio genoma per riconoscere e distruggere il virus in caso di nuova invasione. Queste copie possono rivelare quali fagi-batteri siano l’ospite nell’ecosistema intestinale.

Naturalmente, le specie virali più comuni nell’intestino sono state associate alle specie batteriche più comuni in questo ecosistema – principalmente rappresentanti dei phyla Firmicutes e Bacteroidota.

A cosa serve la ricerca sui virus intestinali? Un’area di applicazione molto promettente delle informazioni ottenute è la terapia fagica, ovvero l’influenza mirata sul microbiota umano con l’aiuto dei batteriofagi. Mentre dieta, antibiotici, probiotici, prebiotici e altri approcci moderni hanno un effetto generale e aspecifico sul microbiota, la terapia fagica può offrire una modellazione sottile della sua composizione. I fagi possono, ad esempio, essere un trattamento efficace per l’infezione da Clostridioides difficile, che si sviluppa principalmente come conseguenza di una terapia antibiotica prolungata.

Sebbene gli autori dispongano già di una grande quantità di informazioni sui virus che sono componenti del normale microbiota intestinale umano, ammettono di aver “conosciuto” solo una piccola parte di questo enorme “universo” e che c’è ancora molta strada da fare per ottenere un quadro completo.

* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L et al. Metagenomic compendium of 189,680 DNA viruses from the human gut microbiome. Nat. Microbiol, 2021; 6: 960-970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6