Secondo l’Organizzazione mondiale della sanità |OMS| la salute non è solo assenza di malattia o infermità, ma anche uno stato di benessere fisico, mentale e sociale. Una condizione, quindi, che dipende fortemente da come e quanto ci sentiamo bene noi e dalle condizioni di vita di ogni singolo essere vivente. Quale significato recondito si potrà mai nascondere dietro la definizione della massima autorità sanitaria urbis et orbis?
Molto semplicemente che la salute umana, la salute animale, la salute delle piante e la salute ambientale sono fortemente interconnesse, ed ogni perturbazione di una di esse produce delle conseguenze su tutte le altre. In sintesi, One Health, come è stata definita dalla One Health Initiative Task Force |OHITF| americana.
La salute per tutti gli organismi viventi
Basti pensare, per esempio, alle relazioni esistenti tra perdita di biodiversità e salute umana e animale. La biodiversità di fatto svolge una funzione importante, come quella di mitigare la diffusione di malattie trasmesse da patogeni e parassiti delle piante di interesse agronomico, ma anche da patogeni di interesse medico e veterinario. Negli ultimi 50 anni, infatti, il numero di eventi epidemici da microrganismi zoonosici |cioè di origine animale, ma capaci di causare anche malattie nell’uomo| sono notevolmente aumentati soprattutto nei paesi più sviluppati, come le malattie trasmesse da roditori |Hantavirus| e le malattie da vettori.
Le malattie trasmesse da zecche e zanzare
Tra le malattie trasmesse dalla zecca del bosco, oltre alla Borreliosi di Lyme e all’encefalite virale |TBE| già osservate in passato, sotto la lente degli scienziati è finita l’anaplasmosi, una malattia causata da un batterio molto diffuso nelle zecche – Anaplasma phagocytopylum – che colpisce sia gli animali domestici, come cani, cavalli e ruminanti |febbre da pascolo|, sia l’uomo. Allo studio sia a livello europeo sia regionale sono anche un altro gruppo di malattie: quelle trasmesse dalle zanzare, come la febbre del Nilo occidentale causata dal virus africano West Nile coinvolto in una serie di epidemie che si stanno diffondendo sempre più in molte regioni europee, tra cui l’Italia settentrionale.
L’evoluzione applicata agli organismi di interesse agrario e medico
Per cercare di addentrarci in questo folto ginepraio che coinvolge animali, uomo, piante e ambiente abbiamo fatto una chiacchierata con il professore Omar Rota-Stabelli, ricercatore della Fondazione Edmund Mach |FEM| di San Michele all’Adige in provincia di Trento e presidente della Società italiana di biologia evoluzionistica |SIBE|, che si occupa di filogenesi e filogenomica di insetti invasivi, piante da frutto e cordati. In pratica di tutto quello che possiede un acido nucleico.
Professore, in quali aree di ricerca siete impegnati alla Fondazione Edmund Mach?
La FEM è un istituto di ricerca dove ci occupiamo di molte cose: innanzitutto di scienze agrarie, ma anche di protezione delle piante e dell’uomo su larga scala. Conduciamo molti studi, per esempio su zanzare e zecche, vettori di patologie umane. Personalmente mi occupo di evoluzione e genetica, con l’intento anche di aiutare molti colleghi quando ce n’è bisogno. In particolare, poi, ho la passione per la filogenesi di organismi sempre di interesse sia agricolo che umano: per esempio, abbiamo appena sequenziato il genoma di due nuove zanzare tigri.
Inoltre, collaboriamo con musei e altre fondazioni come la Fondazione Bruno Kessler |FBK| per la Salute, che studia modelli matematici per prevedere l’insorgenza di nuove malattie trasmissibili con vettori animali come le zanzare. Un’attività pubblica, insomma, di utilità sociale. Ma il capitolo principale del nostro impegno rimane la salvaguardia dell’ambiente agricolo, attraverso lo studio della genomica di parassiti e piante.
Perché è importante studiare come gli ecosistemi e gli organismi animali e vegetali cambiano nello spazio e nel tempo?
Perché gli ecosistemi sono molto complessi e tendono ad essere molto stabili quando hanno una fitta rete di interconnessione. Se però la rete è formata da meno collegamenti, come accade nell’ambiente agrario o nell’ambiente umano antropizzato con meno collegamenti trofici tra gli individui che lo abitano, l’ecosistema diventa allora più fragile. Ragion per cui monitorarlo è assolutamente essenziale.
La vigna, per esempio, è un ecosistema molto artificiale: si tratta di una monocoltura, le erbe vengono seminate apposta per determinati motivi, è presente un numero limitato di predatori, ecc. Piccole variazioni di questo ecosistema particolare, sotto forma di insediamento di una nuova specie, può creare un cambiamento distruttivo con conseguenze molto dannose. Quello che noi facciamo è un monitoraggio “capillare” su tutto il territorio con l’obiettivo che non possa poi giungere una nuova specie in grado di “scardinare” questo ecosistema molto fragile.
Lo spostamento di insetti a causa del mercato globale
Per esempio, una specie invasiva come la Drosophila suzuki, il comune moscerino della frutta, in un ambiente non antropizzato non crea problemi perché è super adattato ai piccoli frutti: per esempio fragole e ciliegie. Al contrario, in un ambiente in cui esiste molta coltura di fragole il patto “socioeconomico” è devastante. Molte famiglie in Trentino hanno dovuto smettere di produrre piccoli frutti. Ma il piccolo moscerino era presente già da una decina di anni anche nella Bergamasca, dove nessuno se n’è accorto perché non era importante che ci fosse o meno in un ambiente meno antropizzato dall’agricoltura.
In ecosistemi molto antropizzati come quelli che conosciamo, invece, c’è molta più attenzione alla presenza di organismi invasivi come le zanzare tigri e virus associati, capaci di mettere a repentaglio la salute umana. Relativamente non solo alle zanzare, ma a tutti i parassiti presenti in agricoltura, il loro spostamento massiccio lo dobbiamo imputare al mercato globale di merci in costante spostamento. Per esempio, la presenza nel nostro ecosistema della zanzara coreana, molto più resistente ai climi freddi, è riconducibile all’immissione nel nostro paese di piante da appartamento provenienti dai paesi asiatici. Arrivata una decina di anni fa in Veneto, si è diffusa anche in Piemonte, nel Varesotto, in Canton Ticino. Purtroppo, adattandosi bene alle altitudini delle nostre montagne, potrebbe diventare un problema preoccupante per il turismo regionale. In questo modo sono arrivati anche la zanzara tigre e numerosi altri insetti patogeni in agricoltura come la Drosophila, e non c’è dubbio che come questi ne arriveranno molti altri.
Per queste ragioni il monitoraggio di un ecosistema è fondamentale per individuare un’invasione di organismi invasivi nelle fasi più precoci del fenomeno e trovare soluzioni per mitigarla ed eventualmente spostarne la diffusione più in là di qualche anno.
Esistono altri fattori che possono influenzare questo fenomeno?
Si, certo. A tutto questo si aggiunge anche il cambiamento climatico: spostandosi la temperatura verso l’alto di qualche grado centigrado, si liberano delle “nicchie ecologiche” che prima non erano presenti. Se una zanzara o un altro insetto avrebbero fatto fatica a stabilizzarsi in pianura padana, ora grazie a 1-2°C in più l’anno riescono a completare 1-2 cicli riproduttivi grazie ai quali riescono a svilupparsi e a diffondersi.
Da sottolineare che gli stessi problemi li stanno avendo anche le popolazioni all’altra parte del mondo: i colleghi cinesi mi comunicano che anche noi “spediamo” laggiù insetti invasivi. Per esempio, a farli disperare è la Cydia pomonella, cioè il bruco della mela che rappresenta la larva di un piccolo lepidottero che normalmente fa parte di un ecosistema i cui “abitanti” riescono a tenerlo sotto controllo. In Cina, invece, è una diventata specie invasiva – arrivata probabilmente con carichi di mele o altre piante – perché è stata immessa in un ecosistema che non si è evoluto insieme a lei. Una nicchia ecologica perfetta. Questo è un segnale di evoluzione: quando un organismo si evolve, tutta la rete ecologica intorno si evolve insieme a lui. La presenza di una nuova pianta attirerà un organismo che se ne ciberà, e verso il quale poi la stessa pianta attiverà delle difese. Quando invece spostiamo un organismo da una parte all’altra del pianeta, rompiamo un equilibrio evolutivo: una nuova specie si ritrova in un ambiente che non è preparato a controllarla. È chiaro che l’ecosistema interviene con degli aggiustamenti, ma se non sono adeguato si creano inevitabilmente dei problemi.
È possibile tenere sotto controllo l’evoluzione di queste specie di organismi attraverso il sequenziamento del loro patrimonio genetico?
Si, ma solo se si tratta di virus. Io, per esempio, sto collaborando ad un progetto di tracciamento filogenetico del virus pandemico Sars-CoV-2, di cui è possibile vedere l’evoluzione epidemiologica nel giro di un anno, perché il virus si moltiplica con una velocità con 2-3 ordini di grandezza rispetto alla nostra. Si può farlo a malapena con i batteri, di cui si può apprezzare l’evoluzione in un arco di circa 10 anni: è possibile seguire per esempio l’evoluzione di un patogeno ospedaliero e rintracciare l’ospedale di origine.
Per insetti e piante, purtroppo, i tempi si allungano: l’organismo si evolve così lentamente che su scala così larga non si può concludere nulla. Quello che possiamo fare con insetti, piante invasive e alcuni patogeni è ricostruire la storia passata, che significa andare indietro di qualche milione di anni. Quindi possiamo affermare, grazie ai dati genomici, che uno specifico insetto si è evoluto in un ambiente dal clima freddo in base ad un rallentamento delle mutazioni di DNA. Questo significa che in questo organismo si è verificato un preadattamento al clima freddo a partire da un clima temperato.
Ma cosa succede negli ultimi 5-6 anni di vita di un insetto giunto in Italia con il trasporto di merci o in altro modo?
Non si può sapere perché non ci sono traiettorie evolutive, in base al numero di mutazione geniche, tali da poterne tracciare l’evoluzione. Tuttavia, è possibile osservare, per esempio, la selezione di un determinato gene già presente nella popolazione invasiva. In questi casi non si traccia l’evoluzione delle mutazioni che sono avvenute, ma di quelle che sono già presenti in quell’organismo. Se in un insetto osserviamo un gene vantaggioso per resistere al freddo, nelle generazioni successive lo si troverà moltiplicato in tutti gli individui di quella popolazione.
Con i virus, invece, è molto interessante per gli studiosi dell’evoluzione notare che day-by-day compaiono nuove mutazioni, delle quali la maggior parte sono neutre, mentre alcune sono vantaggiose. Contrarre un’infezione da virus del raffreddore |uno dei tanti coronavirus, NdR| consente a questo microrganismo di rigenerarsi migliaia di volte all’interno del nostro corpo nel giro di qualche giorno, a differenza dell’uomo che ha bisogno di almeno 20.000 per rigenerarsi lo stesso numero di volte. Una scala temporale completamente diversa.
Recentemente sono stati ritrovati i resti di uomini di Neanderthal con tracce di microbioma intatto, il cui studio ha rivelato la presenza di ceppi batterici ancora presenti nelle popolazioni odierne.
In una pubblicazione medica di alcuni anni fa, alla quale abbiamo collaborato insieme ai colleghi di Bolzano, abbiamo sottolineato come il microbioma di Ötzi, l’Uomo di Similaun ritrovato in un valico d’alta quota nella Val Senales, fosse ben più ricco del nostro grazie alla sua dieta più naturale e sicuramente non artificiale come quella dei nostri giorni. Per farla breve, non occidentalizzata. Un microbioma simile lo si ritrova ancora oggi nelle popolazioni delle praterie africane e in Sudamerica. Secondo l’ipotesi di alcuni esperti gastroenterologi la scomparsa di diversi ceppi batterici è dovuta all’instabilità intestinale di noi uomini moderni, causa da colon irritabile, malattie infiammatorie intestinali, disbiosi e così via. In questo caso si riesce a ritornare indietro di circa un milione di anni, perché i batteri evolvono in maniera relativamente lenta, attraverso una una tecnica utilizzata in evoluzione molecolare per stimare il tempo che è trascorso dalla separazione tra due specie: il cosiddetto “orologio molecolare”.
Ma quando si parla di “molecular clock” che cosa intendete voi studiosi di biologia evoluzionistica?
Negli anni Sessanta ci si accorse che confrontando le proteine in organismi diversi esisteva una correlazione lineare tra l’età dell’antenato comune, per esempio, a due organismi messi a confronto e la distanza genetica delle proteine di DNA. In pratica questa relazione la si può rappresentare graficamente con una retta, la cui pendenza costituisce la velocità con la quale muta il DNA di una determinata proteina comune a questi due organismi. Essendo la retta unica, significa che c’è un tasso di mutazione uguale per tutti gli organismi che presentano quella specifica proteina. Una mutazione del DNA, cioè, la cui velocità è la stessa per tutti gli organismi, milioni di anni dopo milioni di anni.
Un’ipotesi che possiamo dire approssimativa, perché oggi sappiamo che esistono organismi nei quali questa velocità di mutazione accelera rispetto al resto per diversi motivi: per esempio per un aumento del numero di generazione ogni anno. Noi dobbiamo pensare che siamo in grado di trasmette una mutazione alla nostra prole ogni 20 anni, mentre un moscerino lo può fare ogni 20-30 giorni. Visto tra un milione di anni, quindi, questo moscerino avrà un tasso di mutazione molto veloce, a differenza del nostro che rimane più lento. Bene o male si può calcolare un tasso di velocità medio valido per tutti gli organismi viventi, che possiamo utilizzare come “trucco” per andare indietro nel tempo quando mettiamo a confronto diversi organismi.
Confrontando, per esempio, un campione di DNA batterico di microbiota “moderno” con quello dell’uomo di Neanderthal di 60.000 anni fa, posso ricavarne una velocità di mutazione con cui “calibrare” tutta la genealogia di quel batterio. Posso andare indietro nel tempo finché non trovo l’età di quando è nato quel batterio, magari qualche milione di anni or sono con il primo ominide. Ciò significa che quello specifico batterio è adattato all’uomo fin dalla sua nascita. Oppure attraverso di esso e delle sue mutazioni si può tracciare lo spostamento di ceppi di popolazione da un luogo all’altro. Sarebbe interessante verificarlo, per esempio, anche con i funghi.
Che ricaduta pratica potranno avere gli studi di filogenomica degli organismi viventi?
Indubbiamente scoprire quando un organismo è nato significa sapere molto della sua ecologia, più di quanto sappiamo oggi. Ciò aiuta a fare delle proiezioni in avanti sulla sua capacità di adattarsi a un determinato ambiente e prevedere se c’è il rischio che possa diventare dannoso per l’agricoltura. Un calcolo già oggi di grande utilità per i nostri agricoltori sulla base di mappe di distribuzione che consentono, per esempio, di eseguire dei trattamenti preventivi per evitare l’invasione di molti insetti.
Tutto questo vale anche per le malattie umane. Insieme ai dati condivisi dai colleghi in Cina e nel Sud-Est asiatico, per esempio, stiamo cercando di ricostruire le mappe evolutive del coronavirus per cercare di capire quanti ce ne sono e come si sono differenziati. Abbiamo così scoperto che il virus Sars-CoV-2 della pandemia ha avuto origine negli ani Sessanta, mettendoci circa 50 anni per uscire dalla giungla. Tutte informazioni utili, che guideranno in futuro il monitoraggio di questi microrganismi patogeni, per calcolare il margine di rischio di diventare pericolosi per l’uomo.
È un po’ come quando si andava al liceo: per conoscere il Presente bisogna conoscere la Storia. Leggere il passato e sapere che cosa è successo, andando indietro nel tempo con l’orologio molecolare, consentirà di fare delle utili previsioni per il futuro.
Giorgio Cavazzini
