martedì 11 luglio 2017

Cosa c'è sulla tua pelle? Gli Archea


Uno studio sul microbioma della pelle umana ha portato alla scoperta di un'abbondanza di archea associata all'età

Si è scoperto che sulla nostra pelle vivono microrganismi monocellulari che non sono solo batteri. Uno studio del  Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dell'Università di Medicina di Graz ha permesso di scoprire che la microbiologia della pelle contiene anche degli  archea, un tipo di microbi estremofili, e che la quantità varia in base all'età.

I ricercatori hanno condotto analisi genetiche e chimiche su campioni raccolti da volontari umani che vanno da 1 a 75 anni. Hanno trovato che gli archea erano più abbondanti nei soggetti di età inferiore ai 12 anni e superiore ai 60. Lo studio è stato pubblicato in "Scientific Reports" in un articolo intitolato "Human age and skin physiology shape diversity and abundance of Archaea on skin."

"Il microbioma della pelle è di solito dominato dai batteri", ha dichiarato Hoi-Ying Holman, direttore del Berkeley Synchrotron Infrared Structural Biology (BSISB) Program e autore senior dello studio. "La maggior parte dell'attenzione scientifica è stata puntata sui batteri, perché sono più facili da individuare. Sulla base della letteratura attuale, sei anni fa non sapevamo nemmeno che gli archea esistessero sulla pelle umana. Ora abbiamo scoperto che fanno parte del microbioma e svolgono importanti compiti sulla pelle umana".

Lo studio è stato uno sforzo congiunto di Holman, del suo collega ex-docente al Berkeley Lab, Giovanni Birarda (ora scienziato presso l'Elettra Sincrotrone a Trieste), del ex-docente del UC Berkeley Alexander Probst (ora professore associato all'Università di Duisburg a Essen in Germania) e Christine Moissl-Eichinger, corrispondente autore dello studio. Moissl-Eichinger e il suo team presso l'Università di Medicina di Graz in Austria e presso l'Università di Regensburg in Germania hanno analizzato le caratteristiche genetiche di vari microbiomi cutanei.

Oltre all'influenza dell'età, hanno scoperto che il sesso non è un fattore determinante ma che le persone con la pelle secca hanno più archea. "Gli archaea potrebbero essere importanti per il processo di pulizia in condizioni di pelle secca", ha detto Moissl-Eichinger. "I risultati dell'analisi genetica (PCR quantitativi basati sul DNA e sequenziamento genetico di nuova generazione), insieme ai risultati ottenuti dalla spettroscopia ad immagini a raggi infrarossi, ci hanno permesso di collegare bassi livelli di sebo [la secrezione oleosa delle ghiandole sebacee] e quindi la riduzione dell'umidità cutanea all'aumento delle specie di microbi arcaici".

Più profondamente nella pelle
Fu solo negli anni '70 che gli scienziati capirono quanto fossero differenti gli archea dai batteri, facendo quindi dei primi un ramo distinto sull'albero della vita; i tre rami divennero: Batteri, Archea ed Eukarya (che comprendono tutte le piante e gli animali). Gli Archea si trovano comunemente in ambienti estremi, come le sorgenti termali e i ghiacci antartici. Oggi è noto che gli Archea vivono anche nei sedimenti e nelle profondità della Terra, ma sono stati trovati solo recentemente nell'intestino umano e legati al microbioma umano.

L'obiettivo di Holman è quello di sviluppare tecniche di spettroscopia a infrarossi di sincrotrone per esaminare sistemi biologici o ecologici. Utilizzando l'Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab, una delle fonti più brillanti negli infrarossi del mondo, il gruppo di Holman ha sviluppato un metodo rapido per analizzare le cellule e immediatamente dire se sono batteri o archea.

"Le sfide nella profilatura microbica sono la velocità, la capacità di trattamento e l'integrità del campione", ha detto. "Abbiamo passato anni a sviluppare questa tecnica e non avremmo potuto farlo senza le risorse uniche del ALS".

Ma la mancanza di studi sugli archaea della pelle non è solo dovuta alle limitazioni tecniche. I ricercatori affermano che anche la mancanza di una diversificazione delle età nei campionamenti svolti negli studi precedenti è stata un fattore determinante. "I criteri e i metodi di campionamento sono importanti", ha detto Holman. "Abbiamo scoperto che i soggetti umani di mezza età hanno meno archea, quindi le firme dovute agli archea sono state trascurate negli altri studi sulla microbiologia cutanea".

Da astronauti ad archea
Questo studio è nato da un progetto di protezione planetario voluto per la NASA e l'Agenzia Spaziale Europea. "Stavamo controllando le navi spaziali e le loro stanze pulite alla ricerca di archea, in quanto si sospettava che fossero possibili contaminazioni critiche durante l'esplorazione spaziale - alcuni archaea produttori di metano, i cosiddetti metanogeni, potrebbero sopravvivere su Marte" ha detto Moissl-Eichinger. "Non abbiamo trovato molte firme di metanogeni, ma abbiamo trovato moltissimi thaumarchaeota, un tipo molto diverso di archea che sopravvive in ambienti con presenza di ossigeno".

All'inizio si pensava che i thaumarchaeota provenissero dall'esterno, ma dopo averli trovati negli ospedali e in altre camere pulite, i ricercatori hanno cominciato a sospettare che provenissero dalla pelle umana. Così hanno condotto uno studio pilota su 13 volontari e hanno scoperto che tutti avevano questi archee sulla pelle.

Come studio di controllo, che è lo studio attuale, hanno testato 51 volontari e hanno deciso di analizzare una vasta gamma di età per verificare la dipendenza dall'età delle firme archearie. I campioni sono stati prelevati dall'area del torace. Le variazioni nell'abbondanza degli archea tra i gruppi di età erano statisticamente significative e inaspettate. "È stato sorprendente", disse Holman. "C'è una differenza da cinque a otto volte tra le persone di mezza età e gli anziani, è molto elevata".

Il loro ruolo sulla salute umana è ancora un'incognita.
Lo studio si è concentrato su thaumarchaeota, uno dei tanti Phyla di archea, siccome di altri erano state trovate poche tracce nello studio pilota. "Sappiamo che thaumarchaeota dovrebbe essere un microrganismo ossidativo ammoniacale, e l'ammoniaca è uno dei componenti principali del sudore, il che significa che potrebbero svolgere un ruolo nel turnover dell'azoto e nella salute della pelle", ha detto Holman.

In collaborazione con Peter Wolf dell'Università di Medicina di Graz, la squadra ha anche correlato l'abbondanza di archea con la secchezza della pelle, dato che le persone di mezza età hanno livelli di sebo più elevati e quindi la pelle più umida rispetto agli anziani.

Finora, la maggior parte degli archea è nota per essere vantaggiosa piuttosto che dannosa per la salute umana. Possono essere importanti per ridurre il pH della pelle o mantenerlo a livelli bassi, e il pH più basso è associato a una minore suscettibilità alle infezioni.

"Gli archea rilevati sono probabilmente coinvolti nel turnover dell'azoto sulla pelle e sono in grado di abbassare il pH della pelle stessa, aiutando nella soppressione dei patogeni", ha detto Moissl-Eichinger. "I batteri con le stesse capacità vengono già utilizzati come probiotici per la pelle, perchè potenzialmente migliorano l'umidità cutanea e riducono gli odori corporei, tuttavia la rilevanza clinica di thaumarchaeota non è ancora chiara e attende ulteriori studi."

Holman ha elencato diversi percorsi di ricerca per studi futuri con Moissl-Eichinger. "Vorremmo indagare sul ruolo fisiologico degli archea sulla pelle umana e come si differenziano dagli archea ambientali", ha detto. "Vogliamo scoprire quali nicchie preferiscono nel corpo umano, vogliamo anche sapere se potrebbero essere coinvolti in processi patogeni, come neurodermatiti o psoriasi. Finora non ci sono poche prove della patogenicità degli archea".

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