Batteriofagi e microbioma intestinale

I batteriofagi sono tra i componenti più affascinanti del microbioma umano. Sebbene siano ovunque intorno a noi, molte persone ne sanno pochissimo.

Tuttavia, è probabile che i batteriofagi svolgano un ruolo centrale negli ecosistemi microbici¹.

Ma cosa sono esattamente i batteriofagi? E perché i ricercatori moderni del microbioma sono sempre più interessati a queste minuscole strutture biologiche?

Cosa sono i batteriofagi?

I batteriofagi, spesso chiamati semplicemente fagi, sono virus che infettano specificamente i batteri².

Il termine è composto da:

• Batterio
• “Phagein”, la parola greca che significa “mangiare”

I fagi possono attaccarsi a batteri specifici e iniettare il loro materiale genetico nella cellula batterica.

Particolarmente affascinante:

I batteriofagi sono considerati le entità biologiche più abbondanti sul nostro pianeta³.

Gli scienziati stimano che esistano più di 10³¹ fagi in tutto il mondo.

Si trovano ovunque siano presenti i batteri:

• Nell’intestino
• Nel suolo
• Negli oceani
• Nel cibo
• Nelle acque reflue
• Sulla pelle

Il fagioma intestinale

Il microbioma intestinale umano non è composto solo da batteri.

Include anche:

• Funghi
• Virus
• Archei
• Batteriofagi

La collezione di fagi all’interno del microbioma intestinale è definita fagioma⁴, a sua volta parte del più ampio viroma intestinale.

La ricerca moderna dimostra sempre più che i fagi possono influenzare la composizione e la dinamica delle comunità batteriche⁵.

Di conseguenza, possono svolgere un ruolo importante in:

• Stabilità microbica
• Diversità batterica
• Sviluppo della resistenza
• Comunicazione microbica

Perché i ricercatori sono interessati ai batteriofagi?

I fagi sono altamente specifici.

Molti fagi possono infettare solo determinati gruppi batterici o persino singoli ceppi batterici⁶.

È esattamente per questo che sono considerati estremamente interessanti per la ricerca moderna sul microbioma e le future applicazioni microbiologiche.

Le aree attualmente studiate intensamente includono:

• Fagi e resistenza agli antibiotici
• Fagi all’interno del microbioma intestinale
• Fagi nell’ambiente e nelle acque reflue
• Fagi come potenziali strumenti biologici
• Fagi ed ecosistemi batterici

La ricerca in questo campo sta evolvendo estremamente rapidamente.

Batteriofagi e resistenza agli antibiotici

La resistenza agli antibiotici è oggi considerata una delle più grandi sfide sanitarie globali⁷.

Allo stesso tempo, gli scienziati stanno indagando sempre più il ruolo che i fagi possono svolgere all’interno dei cosiddetti resistomi.

Particolarmente interessante:

I fagi possono talvolta trasferire materiale genetico tra i batteri⁸.

Di conseguenza, possono contribuire ai processi evolutivi microbici.

La metagenomica moderna studia quindi intensamente le relazioni tra:

• Batteriofagi
• Geni di resistenza
• Comunità microbiche
• Microbiologia ambientale

Fagi nell’ambiente e nelle acque reflue

I batteriofagi si trovano in quantità estremamente elevate nei sistemi di trattamento delle acque reflue⁹.

Questo è uno dei motivi per cui stanno diventando sempre più importanti nella microbiologia ambientale moderna.

Le acque reflue contengono comunità microbiche estremamente complesse composte da:

• Batteri
• Virus
• Funghi
• Geni di resistenza
• Elementi genetici mobili

La ricerca suggerisce che i fagi all’interno di tali sistemi possano influenzare la dinamica delle comunità microbiche¹⁰.

Questo è anche uno degli ambiti affrontati dalla nostra ricerca presso Bactera.

La nostra ricerca presso Bactera

Presso Bactera, siamo profondamente impegnati nella moderna metagenomica shotgun e nella ricerca sugli ecosistemi microbici.

Un particolare focus del nostro lavoro include:

• Batteriofagi
• Geni di resistenza
• Microbiologia ambientale
• Microbiomi delle acque reflue
• Diversità microbica

Come parte della nostra ricerca, analizziamo dati di sequenziamento provenienti da campioni ambientali e di acque reflue per comprendere meglio le comunità batteriche e virali.

Il nostro obiettivo è utilizzare il moderno sequenziamento shotgun e la bioinformatica per acquisire conoscenze più approfondite sugli ecosistemi microbici estremamente complessi.

Puoi saperne di più sulla nostra ricerca su Bactera Research

Fagi e il futuro della ricerca sul microbioma

La scienza moderna del microbioma si sta evolvendo sempre più dalla pura “ricerca batterica” verso l’analisi di reti microbiche complete.

Questo ora include:

• Funghi
• Virus
• Fagi
• Geni di resistenza
• Interazioni microbiche funzionali

Molti scienziati ritengono che i fagi svolgeranno un ruolo sempre più importante nella ricerca sul microbioma in futuro¹³.

Particolarmente affascinante è la questione di come i fagi possano regolare e influenzare le comunità batteriche.

Conclusione

I batteriofagi sono tra le entità biologiche più abbondanti sulla Terra e probabilmente svolgono un ruolo centrale negli ecosistemi microbici.

La ricerca moderna sta indagando intensamente come i fagi interagiscono con batteri, geni di resistenza e reti microbiche.

Grazie alle moderne tecnologie di sequenziamento shotgun, i componenti virali del microbioma possono ora essere analizzati in modo molto più completo rispetto a pochi anni fa.

È esattamente per questo che la ricerca sui fagi sta diventando attualmente uno degli ambiti più entusiasmanti della scienza moderna del microbioma.

Riferimenti scientifici

1. Sutton TDS, Hill C. Gut bacteriophage communities in human health and disease. Viruses. 2021.
2. Bacteriophage overview and biology.
3. Clokie MRJ, Millard AD, Letarov AV et al. Phages in nature. Bacteriophage. 2021.
4. The human gut phageome and microbiome interactions. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2021.
5. Shkoporov AN, Hill C. Bacteriophages of the human gut. Cell Host & Microbe. 2021.
6. Hsu BB, Gibson TE, Yeliseyev V et al. Dynamic modulation of the gut microbiota by bacteriophages. Cell Host & Microbe. 2022.
7. World Health Organization. Antimicrobial resistance global report. 2023.
8. Exploring the contribution of bacteriophages to antibiotic resistance. Environmental Pollution. 2021.
9. Bacteriophages in sewage abundance roles and applications. 2022.
10. Bacteriophages in biological wastewater treatment systems. Frontiers in Microbiology. 2021.
11. Quince C, Walker AW, Simpson JT et al. Shotgun metagenomics from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021.
12. PhaBOX and modern phage metagenomics approaches. 2023.
13. Sustainable diversity of phage bacteria systems. 2023.