Gli scienziati stanno progettando microbi per curare le malattie e salvare il pianeta.
Questa settimana ho pensato ai microbi. Questi piccoli organismi sono ovunque e quelli che risiedono nel nostro corpo sembrano essere incredibilmente importanti per la nostra salute.
I microbi sono antichi: si sono evoluti sul pianeta per milioni di anni prima dell’arrivo dell’uomo. Non sorprende quindi che abbiano sviluppato relazioni intricate con altri sistemi viventi. Si nutrono delle sostanze chimiche presenti nel loro ambiente per produrre altre sostanze chimiche, alcune delle quali sono più vantaggiose di altre per gli organismi vicini.
La domanda è: possiamo modificare il genoma di questi microbi per controllare esattamente quali sostanze chimiche scompongono o producono? Immaginate le possibilità. E se potessimo far sì che i microbi ci aiutino a ridurre l’inquinamento? E se potessimo creare microbi che producono farmaci o sostanze utili al nostro intestino?
I microbi modificati sembrano aiutare a curare il cancro nei topi e, come ho riferito in un altro articolo, sono in corso sperimentazioni sull’uomo (per un aggiornamento più generale sull’editing genetico, potete leggere come lo strumento di editing CRISPR stia già cambiando la vita delle persone e come alcuni ritengano che alla fine utilizzeremo questa tecnologia per curare la maggior parte dei pazienti).
Far lavorare i microbi a nostro favore è stata per decenni una prospettiva allettante per gli scienziati. Le nuove tecnologie ci stanno portando sempre più vicino a realizzarla. Per questo motivo, ci concentriamo su un paio di modi particolarmente interessanti in cui i microbi vengono ingegnerizzati a beneficio della nostra salute e dell’ambiente.
Prendiamo ad esempio il lavoro svolto da Brad Ringeisen, Direttore dell’Innovative Genomics Institute di Berkeley, in California, e dai suoi colleghi. Il team ha recentemente ricevuto un grande finanziamento per esplorare nuovi modi di progettare i microbi per il benessere delle persone e del pianeta, in particolare di chi vive nei Paesi a basso e medio reddito.
“Abbiamo ricevuto 70 milioni di dollari per sviluppare strumenti di microbioma editing di precisione”, spiega Ringeisen. Il team si sta concentrando sull’uso di CRISPR per modificare il comportamento dei microbi, non solo dei batteri, ma anche dei loro coabitanti meno studiati, come funghi e archei. L’idea è che somministrando questi trattamenti a persone o animali si possa condurre il loro microbioma intestinale a una condizione più sana.
I primi destinatari di questi trattamenti saranno probabilmente le mucche. Il modo in cui alleviamo questi animali ha un impatto enorme sull’ambiente, per diversi motivi. Ma un elemento significativo è il metano che emettono, poiché il metano è un potente gas serra che contribuisce al cambiamento climatico.
Tecnicamente, il metano non è prodotto dalle mucche stesse. È prodotto dagli archei nel loro intestino. Ringeisen e i suoi colleghi stanno studiando come modificare i microbi che risiedono nel rumine, il primo e più grande compartimento dello stomaco, in modo che producano una quantità molto minore di gas, se non addirittura nulla.
Ringeisen ritiene che modificare i microbi esistenti dovrebbe essere meno dannoso che introdurne di completamente nuovi. Egli paragona l’approccio a quello di un direttore d’orchestra che mette a punto il suono di un’orchestra. “Sarebbe come se si alzasse il violino e si abbassasse la grancassa, ma per accordare il microbioma”, dice.
Il team sta anche studiando come un trattamento CRISPR del microbioma possa giovare ai neonati umani. Il primo microbioma di un bambino, che si pensa venga acquisito alla nascita, è particolarmente malleabile durante i primi due anni di vita. I microbiologi ritengono quindi che sia importante che il microbioma del neonato sia il più sano possibile fin dall’inizio.
Non sappiamo ancora esattamente cosa significhi, né come dovrebbe essere un microbioma sano. Ma, idealmente, vorremmo evitare di avere organismi che producono sostanze chimiche che causano infiammazioni o danneggiano il rivestimento dell’intestino, per esempio. E potremmo voler incoraggiare la crescita di microbi che producono sostanze chimiche che aiutano la salute dell’intestino, come il butirrato che viene prodotto quando alcuni microbi fanno fermentare le fibre e che sembra rafforzare la barriera naturale dell’intestino.
Il lavoro svolto è ancora in fase iniziale. Ma i ricercatori prevedono un trattamento orale da somministrare ai bambini per manipolare il loro microbioma. Non hanno in mente un’età specifica, ma potrebbe essere subito dopo la nascita.
Finché i microbi modificati non producono nulla di dannoso, dovrebbe essere relativamente semplice approvare questi trattamenti, dice Ringeisen. “Si tratta di esperimenti che saranno relativamente facili da fare”, afferma.
Anche Justin Sonnenburg, professore di microbiologia e immunologia presso la Stanford University in California, sta studiando il modo di modificare i microbi del nostro intestino per migliorare la nostra salute. Un obiettivo importante è l’infiammazione, un processo che è stato collegato a ogni tipo di malattia, dall’artrite alle patologie cardiovascolari.
I microbi che vivono nel nostro intestino sono in grado di percepire l’infiammazione, spiega Sonnenburg. Se riuscissimo a “ricablare il circuito genetico” di questi microbi, potremmo potenzialmente metterli in grado di produrre sostanze antinfiammatorie che trattano l’infiammazione se e quando si manifesta. “Tutto questo avverrebbe dietro le quinte, senza che la persona che ospita i microbi se ne accorga”, spiega Sonnenburg.
Una delle sfide sarà quella di sviluppare un trattamento che funzioni allo stesso modo in persone diverse, che avranno microbiomi diversi. Ma potrebbero esserci dei modi per aggirare l’ostacolo. In uno studio di qualche anno fa, Sonnenburg e i suoi colleghi hanno introdotto un microbo modificato nell’intestino dei topi. Il microbo si illuminava al microscopio, così gli scienziati potevano capire quanto si fosse insediato nell’intestino dei topi. Il risultato era piuttosto variabile: alcuni topi avevano più microbi di altri.
Questo particolare microbo si nutriva anche di un carboidrato presente nelle alghe, chiamato porfirano. Quando gli scienziati hanno nutrito i topi con le alghe, hanno scoperto che potevano influenzare i livelli del microbo nell’intestino. Una dieta ricca di alghe ne ha aumentato i livelli in tutti i topi, ad esempio. “Ora abbiamo la possibilità di controllare l’innesto e il livello del microbo indipendentemente dal microbiota di base”, spiega Sonnenburg.
Alcuni degli scienziati che hanno lavorato con Sonnenburg a questo studio hanno poi formato una società, chiamata Novome che ha dimostrato di poter ottenere risultati simili nelle persone. L’azienda sta lavorando su un ceppo microbico proprietario che è stato ingegnerizzato per abbattere l’ossalato, un composto che contribuisce alla formazione dei calcoli renali. L’azienda sta anche lavorando su microbi progettati per la sindrome dell’intestino irritabile e le malattie infiammatorie intestinali.
Gli scienziati lavorano da decenni sui “microbi progettisti” e i progressi compiuti negli ultimi anni stanno avvicinando tali applicazioni alla realtà. Ringeisen ritiene che siamo a quattro o sei anni di distanza da un trattamento umano, e pensa che i trattamenti per le mucche siano ancora più vicini. È un momento emozionante. Aspettiamo e vediamo.
