Nonostante siano letteralmente invisibili ai nostri occhi, i microrganismi fanno sentire eccome la propria presenza. Essi infatti ricoprono ruoli chiave all’interno degli ecosistemi del nostro pianeta, grazie alla loro paradossa (e apparente) semplicità, che ha permesso loro di adattarsi a tantissimi habitat, che non immaginiamo brulicare di vita: i laghi dell’Antartide e le calde pozze di Yellowstone sono tra i più prominenti esempi riportati nel libro. Questo non dovrebbe stupirci, in quanto essendo state microbiche le prime forme di vita emerse sulla Terra, hanno affrontato miliardi di anni di evoluzione, che, in combinazione con la pressione selettiva, ha portato alla differenziazione di moltissime specie, tra loro anche molto diverse. Non a caso, i microrganismi sostengono letteralmente gli ecosistemi, trovandosi alla base della catena alimentare, ma non solo. Essi sono fondamentali per l’introduzione nel comparto vivente di elementi chimici tipici del “non vivente” come rocce, minerali e sali, le cui componenti sono spesso fondamentali per la vita microbica, e anche di quella “non microbica”, dalla prima fortemente dipendente. Questi piccoli geni sono cruciali per il ciclo del carbonio e dell’azoto, oltre a concorrere alla sintesi di buona parte dell’ossigeno che respiriamo. I microrganismi sono cruciali anche nella decomposizione delle carcasse animali e vegetali, che altrimenti si accumulerebbero sul fondo del mare o nel terreno. Parlando di terreno, le piante molto spesso basano la propria strategia di sopravvivenza proprio nella simbiosi con i microrganismi, che, come straordinari partner, aiutano la pianta per esempio nella produzione di proteine, ottenendo in cambio nutrienti dalla pianta. Similmente anche gli animali sarebbero molto in difficoltà senza il proprio microbiota: dagli insetti sino ai ruminanti, passando per coralli e umani, la dipendenza da questi invisibili amici è forte, dalla salute all’alimentazione. Insomma, senza forme di vita microbiche la Terra sarebbe a cascata priva di tutte le altre forme di vita.Che differenza esiste tra batteri, lieviti e muffe?
Il libro ha anche lo scopo di celebrare la biodiversità microbica, che spesso viene nascosta sotto il termine “batteri”, cosa che non ci permette di apprezzare la straordinaria diversità interna anche tra i soli batteri veri e propri. Questi microrganismi sono procarioti, ovvero esseri unicellulari che, al contrario degli eucarioti (di cui fanno parte lieviti, muffe, pianti e animali), non possiedono cromosomi lineari e non hanno un nucleo, oltre alla mancanza di compartimenti intracellulari deputati a reazioni specifiche, oltre ad altre differenze più molecolari. Nonostante la loro apparente biodiversità, i batteri sono capaci di azioni straordinarie, da ossidare il ferro a produrre vitamine nel nostro intestino. Tra queste pagine troviamo un vero e proprio documentario batterico, in cui però vengono rivelati i veri nomi scientifici di molte specie, che saranno anche complicati, ma che rendono giustizia alle loro caratteristiche o ai luoghi di origine, come Acidithiobacillus ferrooxidans o Mycoplasma salivarium.
All’interno del grande gruppo dei funghi troviamo invece lieviti e muffe (o meglio funghi filamentosi), caratterizzati dal vivere principalmente nel suolo e dall’essere saprofiti, ovvero capaci di utilizzare materia organica in decomposizione, svolgendo un ruolo chiave nel suo riciclo. Sono accumunati dalla capacità di riprodursi tramite spore, che spesso germinano in ife, il cui insieme è detto micelio, in grado di protendersi per esplorare l’ambiente circostante. Anche solo limitandoci ai lieviti, essi mostrano una grande biodiversità interna che possiamo osservare anche solo nella differenza tra birre ale e lager, che vedono rispettivamente l’uso di Saccharomyces cerevisiae o di altre specie di lievito (come Saccharomyces pastorianus). Per non parlare poi di Rhodosporidium toruloides, specie di lievito mia compagni di ricerca scientifica, capace di produrre naturalmente carotenoidi, al parti di altri microrganismi come batteri, archea e microalghe.
Perché non bisogna confondere i virus con i batteri?
I virus e i batteri sono molto diversi tra loro, in quanto per quanto riguarda i primi anche solo il fatto se siano da considerarsi vivi o meno è ancora oggetto di dibattito. Per questo motivo il libro approfondisce brevemente questa disputa scientifica per poi lasciare in panchina i virus, nonostante siano incredibili macchine, nella maggior parte dei casi più piccole dei batteri, capaci di mettere al tappeto organismi giganteschi al confronto, come noi animali. Ma anche i batteri stessi sono sotto attacco virale, in quanto i batteriofagi sono virus in grado di iniettare il proprio DNA nelle cellule batteriche, schiavizzandole a replicarlo e a produrre proteine virali. Le quali si assemblano e portano all’esplosione del batterio stesso: una vera e propria strage! Paradossalmente questo processo è uno dei modi attraverso il quale i batteri possono ottenere materiale genetico da altre specie, permettendo loro di ampliare ulteriormente il proprio bagaglio genetico. Poiché virus e batteri sono molto diversi tra loro, ma allo stesso tempo spesso fastidiosi per noi umani, avere a disposizione armi capaci di eliminarne la pericolosa presenza è fondamentale. Qui è cruciale quindi la definizione di antibiotico, che letteralmente vuol dire “contro la vita”: nonostante il dibattito di cui sopra, quando parliamo di antibiotico si intendono molecole contro i batteri, al contrario degli antivirali. Diventa quindi importante sapere questa differenza, per evitare di affrontare l’influenza (causata da virus) con antibiotici, che oltre a essere inutili nella cura della malattia, vanno a danneggiare il nostro microbiota, con la possibilità di selezionare batteri resistenti, che potrebbero essere successivamente problematici.
In che modo i microbi contribuiscono alla vita umana?
I microrganismi hanno a che fare con la nostra esistenza in molteplici modi. In primis direttamente in quanto il nostro corpo è costituito per poco più della metà da cellule microbiche, di conseguenza ci portiamo costantemente dietro un grosso bagaglio di amici invisibili, fondamentali per tantissime funzioni, dalla digestione del cibo alla produzione delle feci, sino alla protezione della pelle e della vagina. Ma chiaramente il termine stesso “microbi” ci ricorda più le specie per noi dannose, capace di causarci problemi, dalle carie alle infezioni alle unghie, arrivando sino a polmoniti e meningiti. Per poi arrivare a malattie sessualmente trasmissibili e gravi epidemie causate da agenti microbici, quali peste, colera, tifo, per fare solo alcuni esempi. Fortunatamente il mondo microbico ci assiste in tanti modi, da essere fondamentale per la sopravvivenza delle piante coltivate e degli animali allevati, ma anche per la produzione diretta di molti degli alimenti che troviamo nelle nostre cucine. La fermentazione infatti coinvolge batteri e lieviti, spesso in combinazione tra loro all’interno di consorzi microbici, e permette di ottenere dal pane alla birra e il vino, passando per alcolici vari, yogurt, formaggi e altri derivati del latte, oltre a crauti e salsa di soia. La produzione del cioccolato e dei salumi coinvolge l’uso di microrganismi, che risultano quindi fondamentali per mangiare e sfruttare al massimo il contenuto energetico del cibo.
Quali benefici possono apportare grazie alle biotecnologie?
Le biotecnologie hanno lo scopo di sviluppare processi che coinvolgano l’uso di esseri viventi o parti di essi: alla luce della maneggevolezza dei microrganismi, non stupisce che siano assoluti protagonisti delle biotecnologie. Infatti, grazie alla loro capacità di crescere su tantissimi substrati diversi, dal semplice zucchero sino ai rifiuti organismi domestici, possiamo impiegarli nella valorizzazione di biomasse rinnovabili, con lo scopo di ridurre la nostra dipendenza dalle risorse fossili. Fortunatamente i microrganismi sono anche in grado di produrre una vasta gamma di molecole di interesse merceologico, come diversi coloranti (come i carotenoidi) o vitamine, passando per gli antibiotici di cui sopra. In aggiunta, abbiamo a disposizione tantissimi strumenti con cui modificare geneticamente i microrganismi, in modo da poter ampliare le qualità di batteri, lieviti, funghi e microalghe, adattandoli ai diversi scopi. In questo contesto, i microrganismi stesso sono una risorsa genetica straordinaria, che portano un lievito a essere modificato con geni batterici per produrre biocarburanti o bioplastiche a partire da sottoprodotti agricoli. Le strategie sviluppate nel tempo dai microrganismi ci possono venire in soccorso per tantissimi scopi, da detersivi che lavorano a basse temperature a dall’uso di proteine fondamentali oggi per l’analisi molecolare della COVID-19. Insomma, possiamo dire che le biotecnologie aggiungono un ulteriore capitolo nell’alleanza secolare tra microrganismi ed esseri umani, con lo scopo congiunto di ridurre l’importa che questi ultimi lasciano sul pianeta.
Stefano Bertacchi, laureato in biotecnologie industriali, dottorando di ricerca presso l’Università degli Studi di Milano Bicocca, si occupa dello sviluppo di bioprocessi basati su sottoprodotti industriali, mediante l’uso di microrganismi geneticamente modificati o meno. Divulgatore scientifico sui social media e in festival scientifici, autore per Hoepli di Piccoli geni. Alla scoperta dei microrganismi (2021) e Geneticamente modificati. Viaggio nel mondo delle biotecnologie (2017), con il quale ha vinto il Premio Nazionale di Divulgazione Scientifica Under 35 nel 2017.
