Darwin nel piatto: perché il cibo di oggi accelera l’evoluzione dei batteri intestinali

L’idea che la nostra dieta “moderna” stia cambiando il microbiota non è nuova. La novità, semmai, è che oggi possiamo osservare quel cambiamento con gli strumenti della genetica evolutiva, quasi come se stessimo seguendo in diretta una corsa tra varianti che competono per diventare dominanti nell’intestino. È il messaggio centrale di un recente studio pubblicato su Nature, che propone un approccio statistico nuovo per intercettare i segnali di adattamento nei batteri intestinali e mostra come, dietro le quinte, stiano avvenendo rapidi aggiustamenti genetici coerenti con pressioni selettive legate a dieta e stile di vita contemporanei. 

Un’evoluzione in tempo reale dentro di noi

Il microbiota intestinale non è una fotografia, ma un film. Le specie che lo compongono cambiano durante la vita e, soprattutto, evolvono: nuove mutazioni possono emergere e diventare comuni anche in persone sane nel giro di giorni o mesi, persino in assenza di antibiotici. Questo dettaglio ribalta una convinzione implicita con cui spesso raccontiamo i batteri “buoni”: li immaginiamo stabili, quasi immobili. In realtà, molti commensali intestinali vivono in popolazioni enormi, si riproducono rapidamente e hanno quindi l’occasione di sperimentare, selezionare e fissare varianti utili in tempi sorprendentemente brevi. 

Ma come fa un adattamento nato nell’intestino di una persona a comparire anche in altri individui, magari dall’altra parte del mondo? Qui entra in gioco uno dei tratti più affascinanti dei microbi: la capacità di scambiarsi geni. Nell’intestino, “hotspot” noto per il trasferimento genico orizzontale, un gene vantaggioso può passare tra ceppi e talvolta anche tra specie diverse. È il meccanismo che, in altri contesti, spiega la diffusione di geni di resistenza agli antibiotici; nello scenario evolutivo del microbiota, però, può anche facilitare la circolazione di geni che rendono più efficiente l’uso di certi nutrienti o l’adattamento a un ambiente intestinale modificato da dieta, farmaci, stress, igiene e industrializzazione. 

Quando un gene “vince”, si porta dietro i passeggeri: sweep selettivi e impronta genetica

Per capire i risultati dello studio, serve un concetto chiave dell’evoluzione: lo “sweep selettivo”, cioè la diffusione rapida di una variante vantaggiosa. La particolarità qui è che gli autori si concentrano su sweep “gene-specifici”: non necessariamente si impone un intero genoma batterico, ma un tratto specifico può diffondersi grazie a ricombinazione e scambi genetici, apparendo poi in ceppi non strettamente imparentati che vivono in persone diverse. 

C’è un effetto collaterale cruciale: quando un gene favorevole si diffonde, può trascinare con sé varianti vicine che non sono necessariamente utili, talvolta persino lievemente svantaggiose. È il cosiddetto “hitchhiking”, l’autostop genetico. Se un tratto vantaggioso corre veloce, i “passeggeri” vicini finiscono per viaggiare con lui e diventare più comuni di quanto ci aspetteremmo. Il risultato è una firma misurabile: un aumento del “linkage disequilibrium” (LD), cioè la tendenza di alcune varianti a presentarsi insieme più spesso del previsto. 

Il problema è che, nei batteri intestinali, la ricombinazione è frequente e dinamica: paradossalmente, proprio ciò che permette ai geni di diffondersi può anche confondere le analisi basate su LD. Per questo lo studio introduce un indicatore ad hoc, l’“integrated linkage disequilibrium score” (iLDS), pensato per scandagliare i genomi batterici e individuare regioni che mostrano un’impronta compatibile con sweep recenti e in corso, riducendo il rischio di falsi positivi. 

A rendere l’approccio convincente è anche la fase di validazione: gli autori lo applicano a set di dati in cui ci si aspetta di vedere selezione, come Clostridioides difficile, e riferiscono che iLDS riesce a evidenziare regioni già note per essere sotto pressione selettiva, includendo loci associati a virulenza come tcdB e la “S-layer cassette”, mentre la maggior parte del genoma resta priva di segnale marcato, un comportamento coerente con uno strumento calibrato in modo conservativo. 

Diete industrializzate e geni dei carboidrati: la traccia globale dell’adattamento

Il cuore della storia, però, è nella scala dell’analisi. Per capire se la firma genetica ipotizzata dai modelli esiste davvero in natura, i ricercatori hanno analizzato dati metagenomici di centinaia di persone, ricostruendo aplotipi laddove un ceppo risultava dominante e calcolando LD tra alleli. Nel comunicato si parla di 693 individui distribuiti su tre continenti e di migliaia di aplotipi analizzati in decine di specie, un’impostazione che serve proprio a catturare segnali di adattamento non limitati a un singolo gruppo o a un singolo Paese. 

Quando iLDS viene applicato a un insieme ampio di specie del microbiota umano, emergono sweep che colpiscono centinaia di geni e, soprattutto, una ricorrenza funzionale che racconta qualcosa di molto intuitivo: sotto selezione finiscono spesso geni legati al metabolismo e al trasporto dei carboidrati. Tra i bersagli citati compaiono classi come i geni di utilizzo dell’amido susC/susD e diverse glicosidasi, cioè enzimi che aiutano a demolire zuccheri complessi. In altre parole, in un ambiente intestinale esposto a regimi alimentari che cambiano rapidamente, la capacità di processare certi carboidrati può diventare un vantaggio competitivo e diffondersi come un tratto “di successo”. 

Particolarmente suggestivo è il caso di geni coinvolti nel trasporto di maltodestrine, come mdxE e mdxF, che nello studio risultano associati a segnali di selezione in batteri capaci di metabolizzare l’amido. Qui la narrazione “dieta-evoluzione” trova un appiglio concreto: non stiamo parlando in astratto di microbiota più o meno “buono”, ma di specifiche funzioni biochimiche che possono essere favorite, e che si spostano tra ceppi tramite ricombinazione e trasferimento genico. 

Un altro punto che merita attenzione è il confronto tra popolazioni industrializzate e non industrializzate. Una quota non trascurabile di sweep risulta condivisa tra popolazioni, e quelle industrializzate tendono a condividere più spesso tra loro segnali di selezione, coerentemente con pressioni ecologiche e alimentari simili. Al tempo stesso, molti sweep restano locali, come ci si aspetterebbe se l’adattamento rispondesse anche a diete tradizionali, disponibilità di alimenti, esposizioni ambientali e stili di vita specifici. Nel comunicato viene citato un esempio emblematico: un locus mdxEF in Ruminococcus bromii sotto selezione in gruppi industrializzati ma non in gruppi non industrializzati, un indizio che alcune funzioni microbiche possano essere particolarmente “premiate” in contesti moderni. 

Alla fine, la conclusione non è che esista una singola “dieta moderna” capace di riscrivere il microbiota nello stesso modo per tutti, ma che i nostri stili di vita stiano generando pressioni selettive misurabili, e che i batteri rispondano con adattamenti rapidi, talvolta condivisi su scala globale. Lo studio suggerisce anche un orizzonte applicativo: se riusciamo a identificare con precisione quali geni e quali funzioni vengono favoriti, potremmo collegare più direttamente la genetica del microbiota a fenotipi dell’ospite, migliorare diagnosi e stratificazione del rischio, e persino progettare probiotici o interventi mirati basati su funzioni evolutivamente “vincenti”, anziché su etichette generiche.