Le antiche guerre tra microbi hanno plasmato il sistema immunitario umano
Per decenni la storia dell’immunità è stata raccontata come una sequenza di innovazioni separate: da una parte i batteri con i loro sistemi di difesa contro i virus, dall’altra animali e uomini con meccanismi immunitari apparentemente nati in modo indipendente. Oggi questa visione sta cambiando profondamente.
Nuove ricerche suggeriscono infatti che alcune delle difese immunitarie considerate tipiche degli organismi complessi potrebbero avere origini molto più antiche, risalendo alle prime battaglie biologiche avvenute miliardi di anni fa tra microbi e virus. Una scoperta che non riguarda soltanto l’evoluzione della vita, ma che potrebbe influenzare anche lo sviluppo di nuovi farmaci antivirali, terapie innovative e strumenti avanzati di ingegneria genetica.
Come è nata l’ipotesi che il sistema immunitario umano abbia radici antichissime?
Nel 2013 il biochimico Philip Kranzusch stava studiando la struttura di un enzima presente nel batterio del colera quando notò qualcosa di inatteso. La forma dell’enzima, il suo funzionamento e l’organizzazione della sua struttura ricordavano sorprendentemente una proteina umana coinvolta nella difesa dai virus.
Per molto tempo la comunità scientifica aveva considerato i sistemi immunitari dei batteri e quelli degli organismi superiori come percorsi evolutivi distinti. Del resto, componenti fondamentali della nostra immunità , come gli anticorpi, sono comparsi nei vertebrati molto più tardi nella storia della vita. Tuttavia, negli anni successivi diversi studi hanno iniziato a mostrare un quadro differente: alcuni elementi della immunità innata, cioè la prima barriera difensiva contro virus, batteri e funghi, potrebbero avere origini comuni molto più remote.
Perché batteri e virus combattono una guerra evolutiva continua?
I protagonisti di questa storia sono i batteriofagi, spesso chiamati semplicemente fagi, virus specializzati nell’infettare batteri e archei. Si tratta probabilmente delle entità biologiche più abbondanti sul pianeta. Ogni giorno eliminano enormi quantità di microbi, creando una pressione evolutiva continua.
Il loro meccanismo è semplice ma efficace: il virus si lega a un batterio, introduce il proprio materiale genetico nella cellula e sfrutta le sue strutture interne per creare nuove copie di sé stesso. Una volta completato il processo, il batterio si rompe liberando migliaia di nuovi virus pronti a infettare altre cellule.
Di fronte a una minaccia costante di questo tipo, i microbi hanno dovuto sviluppare strategie di sopravvivenza sempre più sofisticate. È iniziata così una vera corsa agli armamenti biologica che dura da miliardi di anni.
Quali sistemi di difesa hanno sviluppato i batteri?
Per lungo tempo la scienza conosceva soltanto pochi meccanismi difensivi presenti nei microbi. Oggi il panorama appare completamente diverso. Negli ultimi anni i ricercatori hanno identificato quasi 300 sistemi immunitari microbici, contro una manciata conosciuta appena dieci anni fa.
Questi sistemi svolgono funzioni estremamente diverse: alcuni riconoscono l’arrivo di un virus, altri inviano segnali di allarme, altri ancora bloccano la replicazione virale oppure inducono la distruzione della cellula infetta per proteggere il resto della colonia.
Quest’ultima strategia può sembrare drastica, ma dal punto di vista evolutivo è estremamente efficace. Sacrificare una singola cellula può impedire che l’infezione si diffonda e comprometta l’intera popolazione batterica.
Perché il sistema CRISPR ha rivoluzionato la biologia?
Tra tutte le difese batteriche identificate, la più famosa è certamente CRISPR, oggi noto soprattutto per le applicazioni nell’editing genetico.
In origine, però, CRISPR rappresentava semplicemente un sofisticato sistema di difesa contro i virus. Attraverso frammenti di RNA, i batteri riescono a riconoscere il materiale genetico del virus invasore e a guidare proteine specializzate che tagliano il DNA del nemico.
La scoperta del suo funzionamento ha avuto effetti enormi sulla ricerca scientifica. Oggi CRISPR viene utilizzato in numerosi settori, dalla medicina alla genetica, dall’agricoltura alla ricerca biomedica. Per anni fu considerato un caso eccezionale, ma le nuove scoperte suggeriscono che potrebbe rappresentare soltanto uno dei tanti strumenti creati dalla natura durante la lunga guerra evolutiva tra microbi e virus.
In che modo i batteri assomigliano al sistema immunitario umano?
Uno degli aspetti che ha maggiormente sorpreso i ricercatori riguarda le analogie molecolari tra sistemi batterici e difese presenti nell’uomo.
Tra i sistemi più studiati emerge cGAS-STING, una delle principali vie attraverso cui le cellule umane rilevano la presenza di DNA virale e attivano la risposta immunitaria. Nei batteri è stato individuato un meccanismo molto simile chiamato CBASS, che opera con logiche quasi identiche.
Anche le gasdermine, proteine coinvolte nei processi infiammatori e nella morte cellulare programmata, sembrano avere antenati presenti nei microbi. Lo stesso vale per le viperine, proteine che producono molecole in grado di ostacolare la replicazione dei virus.
Queste somiglianze stanno modificando il modo in cui gli scienziati osservano l’evoluzione. L’ipotesi è che molti sistemi immunitari non siano stati inventati più volte in maniera indipendente, ma siano stati ereditati e adattati nel corso di miliardi di anni.
Come possono queste scoperte aiutare la medicina moderna?
Le possibili applicazioni pratiche sono numerose. Una delle aree più promettenti riguarda lo studio delle malattie infiammatorie e autoimmuni. Il sistema immunitario, infatti, rappresenta un’arma potentissima ma anche potenzialmente pericolosa: se regolato in modo errato può attaccare l’organismo stesso.
Comprendere come questi meccanismi siano comparsi e si siano evoluti potrebbe aiutare gli scienziati a identificare nuovi bersagli terapeutici. I ricercatori stanno già valutando possibili applicazioni nella progettazione di farmaci antivirali, trattamenti contro malattie infiammatorie croniche, terapie contro disturbi autoimmuni e persino strategie per supportare il sistema immunitario nella lotta contro alcuni tumori.
Un vantaggio importante deriva anche dal fatto che i batteri sono sistemi biologici relativamente semplici. Studiare i loro meccanismi permette di comprendere più rapidamente processi che nelle cellule umane risultano molto più complessi.
L’intelligenza artificiale può accelerare la scoperta di nuove difese biologiche?
L’enorme quantità di dati genetici oggi disponibili rende difficile un’analisi esclusivamente manuale. Per questo motivo diversi gruppi di ricerca stanno utilizzando strumenti di intelligenza artificiale per esaminare milioni di genomi batterici.
I primi risultati sono sorprendenti. Gli algoritmi hanno individuato migliaia di potenziali sistemi di difesa ancora sconosciuti e numerose famiglie proteiche che non erano mai state associate a funzioni immunitarie.
Molti ricercatori ritengono che siamo ancora all’inizio. Ciò che è stato scoperto finora potrebbe rappresentare soltanto una piccola parte dell’enorme arsenale biologico sviluppato dai microbi durante miliardi di anni di evoluzione.
Cosa raccontano queste scoperte sull’origine della vita?
La storia che emerge appare tanto semplice quanto affascinante. Molto prima della comparsa di animali e esseri umani, i microorganismi combattevano già una guerra invisibile. Ogni nuovo attacco virale costringeva i batteri a sviluppare nuove strategie difensive e ogni nuova difesa spingeva i virus a trovare modi alternativi per sopravvivere.
Nel corso di miliardi di anni molte di queste innovazioni non sono scomparse. Alcune sono state conservate, modificate e trasmesse fino ad arrivare agli organismi complessi.
Ciò che oggi consideriamo parte integrante del sistema immunitario umano potrebbe quindi essere il risultato di antiche battaglie combattute quando la vita sulla Terra era ancora agli inizi. Una storia che continua ancora oggi, invisibile agli occhi, ma fondamentale per comprendere il nostro futuro biologico.