La cacca è a dir poco un miracolo scientifico. Aiuta i ricercatori a comprendere le diete dei dinosauri, tracciare la diffusione delle malattie antiche e riconoscere l'infezione parassitaria. Le feci umane fresche forniscono anche una finestra diretta sulle nostre viscere e sui miliardi di microscopiche creature che ci aiutano a digerire il cibo, a proteggerci dalle malattie e persino a influenzare il nostro umore.
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Questa è stata l'idea che ha alimentato Rob Knight, uno dei padri fondatori della ricerca sul microbioma intestinale, per avviare l'American Gut Project nel 2012. Knight ha utilizzato la piattaforma di crowdfunding FundRazr per convincere più di 9.000 volontari a donare denaro e inviare campioni di la loro cacca attraverso la posta. Un team di ricercatori ha analizzato questi campioni per il DNA batterico per creare il primo censimento dei circa 40 trilioni di batteri che chiamano la nostra casa la loro casa.
Quello che ha imparato è stato rivelatore. Ma non importa quanto fosse cacca istruttiva, illuminante e decisamente bella, mancava ancora qualcosa: da dove vengono tutti quei trilioni di batteri? Si scopre che, per la maggior parte, li stiamo mettendo volontariamente in bocca tre volte al giorno. "Ricevi un input continuo di microbi dal tuo ambiente, i microbi che mangi sul cibo stesso", afferma Knight, che dirige il Center for Microbiome Innovation presso l'Università della California a San Diego.
Uno dei misteri innescati dall'American Gut Project era il motivo per cui due persone che sostenevano di seguire la stessa dieta potevano avere comunità così diverse di microbi intestinali. Per lo studio, i volontari hanno riportato da soli le proprie diete, con la stragrande maggioranza che segue diete onnivore e meno del 3 percento ciascuna identifica come "vegetariana" o "vegana". Quando i ricercatori hanno ridotto i numeri, tuttavia, non hanno trovato alcuna correlazione evidente tra le comunità intestinali e quelle con diete apparentemente simili.
"Le categorie dietetiche erano completamente inutili e non erano in alcun modo correlate con le comunità di microbiomi", afferma Knight.
In altre parole, i batteri nella cacca stavano raccontando una storia dietetica diversa rispetto alle persone che fanno quella cacca. "Puoi essere un vegano che mangia principalmente cavolo, oppure puoi essere un vegano che mangia principalmente patatine fritte", spiega Knight. "Quelle hanno conseguenze totalmente diverse per il tuo microbioma." Chiunque può affermare di essere un duro sostenitore della dieta Paleo, a quanto pare, ma i dati suggeriscono che il microbioma ricorda tutte quelle trasgressioni del gelato di mezzanotte.
Knight si rese conto che i risultati dell'American Gut Project mancavano qualcosa di cruciale: un tuffo più profondo nel cibo che mangiamo. Colmare questa lacuna significherebbe analizzare tutto il cibo che entra e vedere come si correla con gli schemi di ciò che viene fuori. Ma mentre raccogliere la cacca era, in un certo senso, semplice - ogni persona "invia un campione" allo stesso modo - calcolare tutti i molti alimenti che la gente mangia sarebbe molto più ambizioso.
Ogni volta che ingerisci, cambi il paesaggio interiore di te. Poiché la maggior parte dei batteri nel microbioma vive nell'intestino, quando ci nutriamo da soli, li nutriamo anche noi. La chimica di ciò che mangiamo, che si tratti di patatine fritte o cavoli, altera il panorama chimico dell'intestino, rendendolo più accogliente per alcuni e meno ospitale per altri.
Diventa più vivace. Poiché i microbi sono ovunque - sul tavolo, nell'aria, sulla superficie del muffin che hai lasciato fuori sul bancone - stai anche aggiungendo nuovi microbi al mix. Alcuni passeggiano nel tuo corpo come turisti educati. Altri restano in giro e interagiscono con la gente del posto. Ogni morso ha il potenziale per alterare il microbioma e, successivamente, la salute umana. Ma i ricercatori devono ancora capire come.
Questo perché, fino ad ora, non avevamo la piattaforma per intraprendere il massiccio sforzo di raccogliere e analizzare campioni di alimenti provenienti da tutto il mondo. Grazie all'American Gut Project, Knight e il suo team non stanno iniziando da zero. Inizialmente, i ricercatori hanno in programma di raccogliere 1.000 campioni da ogni mattone della piramide alimentare familiare, e poi lo apriranno al pubblico per presentare qualsiasi alimento di cui siano curiosi.
Insieme a Knight, il progetto sul microbioma alimentare è guidato dai microbiologi Rachel Dutton, che utilizza il formaggio come sistema modello per comprendere le comunità microbiche e la fermentazione, e Pieter Dorrestein, che studia la chimica delle interazioni biologiche tra i microbi, entrambi presso il Center for Microbiome Innovation . Stanno puntando a lanciare questa iniziativa di crowdfunding entro la fine dell'anno.
"Sappiamo del conteggio delle calorie e dei diversi gruppi alimentari, ma l'intero mondo delle molecole e dei microbi nel nostro cibo è una scatola nera", afferma Julia Gauglitz, ricercatrice post-dottorato presso il centro che dirigerà il progetto. Come dice il vecchio adagio, "siamo ciò che mangiamo", dice. Eppure, quando si scende al livello microscopico, "sappiamo ben poco di ciò che stiamo consumando".
Gli altri ricercatori che vogliono indagare sulla "scatola nera" sono la composizione chimica del cibo. Si scopre che c'è molto di più di ciò che è elencato sull'etichetta di Valori nutrizionali: con le tecniche convenzionali, si possono misurare solo grassi, zuccheri e vitamine, "ma questa è solo una piccola frazione del peso totale del cibo", afferma Dorrestein. Potremmo trascurare nuovi antiossidanti, composti antitumorali o persino antibiotici clandestini.
Usando spettrometri di massa - fondamentalmente bilance elaborate che sono abbastanza precise da pesare singole molecole - Dorrestein può dedurre la composizione chimica del cibo a un livello mai raggiunto prima. Mentre arrivano i campioni di cibo, Gauglitz attenderà in laboratorio. Prenderà, diciamo, una barretta di granola, estrarrà tutto il materiale genetico dai microbi che lo colonizzano, e poi userà il sequenziamento del DNA per capire le identità delle creature.
Quindi eseguirà un morso di quella barretta di granola attraverso lo spettrometro di massa per prendere in giro ogni singola molecola di cui è fatta. Alla fine, le resterà una ricetta di granola molto dettagliata. Quelle molecole compongono il paesaggio in cui vivono i microbi alimentari e probabilmente influenzano chi c'è e cosa fanno.
Ho chiesto a Gauglitz come distinguerà tra la composizione chimica dei microbi che vivono sulla barra di granola e le sostanze chimiche prodotte dai microbi. "Vorrei spostare un po 'il tuo pensiero", dice Gauglitz, la sua voce diventa filosofica. "Ciò che è intrinsecamente nella barra di granola sono anche i metaboliti microbici". In altre parole, la barra di granola è i microbi.
Tutto ciò che mangiamo è il prodotto cumulativo della chimica e dei microbi nel terreno in cui è stato coltivato, la fabbrica in cui è stato elaborato e tutto ciò che hai toccato prima di mangiarlo. Perché è importante? In definitiva, il team spera, demistificare i modelli microbici nel nostro cibo ci aiuterà a progettare meglio le nostre diete per migliorare la nostra salute e scongiurare le malattie.
Knight traccia un parallelo storico con la scoperta di nutrienti essenziali. Nel secolo scorso, i ricercatori hanno scoperto che gli alimenti trasformati industrialmente erano diventati impoveriti di nutrienti. Aggiungendo artificialmente vitamine e minerali, le malattie da carenza come rachitismo e beriberi sono state in gran parte eliminate dal mondo occidentale. Allo stesso modo, comprendere gli effetti sulla salute del microbioma potrebbe permetterci di reinserire i microbi mancanti nei nostri pasti.
"È abbastanza probabile che i nostri stili di vita moderni stiano eliminando un sacco di microbi vivi di cui abbiamo bisogno per mantenere la salute", afferma Knight. "Comprenderlo potrebbe essere importante quanto capire che la vitamina C è necessaria e assicurarsi che tutti ne abbiano abbastanza."
Il team ha già selezionato 1.000 alimenti per il loro sondaggio iniziale, inclusi punti base come pane e formaggio. "Vogliamo includere ingredienti alimentari crudi, qualsiasi tipo di frutta o verdura, carne, snack, alimenti per bambini", afferma Gauglitz. Ma vogliono anche confrontare le comunità microbiche negli alimenti prodotti dall'agricoltura biologica e convenzionale, nonché approfondire i prodotti che si basano sulla fermentazione microbica, come caffè, cioccolato e salsiccia.
Il progetto potrebbe anche risolvere alcuni dei misteri medici sollevati dalla precedente ricerca sul microbioma. Ad esempio, alcuni dei test dell'American Gut Project hanno setacciato ogni campione fecale per rilevare tracce di antibiotici. Stranamente, delle persone che avevano rilevato antibiotici rilevabili nei loro campioni, quasi la metà di loro aveva riferito di non aver preso antibiotici nell'ultimo anno.
Dorrestein ritiene che si tratti di antibiotici di seconda mano che assorbiamo dal cibo che mangiamo, dagli additivi o dalle cose rimaste dai mangimi. Questo è preoccupante, perché la loro presenza potrebbe portare alla diffusione di batteri resistenti agli antibiotici. Prendendo in giro la chimica di ogni campione, il team sarà in grado di capire se ha ragione, e iniziare a capire cosa potrebbero fare queste droghe rimanenti alle nostre viscere.
L'apprezzamento per il potere del microbioma sta crescendo, grazie in parte a iniziative come l'American Gut Project e libri come I Contain Multitudes di Ed Yong. C'è persino un campo fiorente dedicato al microbioma dell'ambiente costruito e al modo in cui i nostri microscopici compagni di stanza che vivono nell'aria e su oggetti inanimati interagiscono con noi. Gli umani non sono unici al riguardo; studi sui microbiomi nelle creature dalle barriere coralline alle api mellifere mostrano che la salute di qualsiasi organismo è intimamente legata ai microbi che lo chiamano casa.
Di conseguenza, i microbi stanno iniziando a cambiare la loro reputazione. Non sono più solo minacce in una cultura avversa ai germi. Nell'ultimo decennio, "i nutrizionisti hanno riconosciuto l'importanza per la salute dell'intestino e della salute umana di avere microbi sani nel nostro intestino crasso e tenue", afferma Helena Pachón, una ricercatrice senior dell'Università di Emory che non è coinvolta nel progetto di microbioma alimentare.
Pachón sottolinea che, oggi, quelle malattie da carenza storica a cui Knight fa riferimento sono state superate dalle afflizioni del 21 ° secolo come l'obesità, il diabete e le malattie cardiache. "C'è un termine chiamato 'globesity'", afferma Pachón. "Il potenziale che i microbi potrebbero avere a che fare con questo è completamente inesplorato, e potrebbe essere che siano altamente correlati."
Knight è d'accordo. "Sarebbe sorprendente trovare una via attraverso il cibo per eliminarli nello stesso modo in cui sono state quelle malattie croniche un secolo fa", dice. Per fare ciò "abbiamo bisogno dell'aiuto di migliaia di persone per mettere tutto insieme".
