La sorprendente storia evolutiva dei nostri batteri orali. Gli ominidi hanno cominciato a mangiare amido molto prima di quel che si credesse

I risultati sui microbiomi orali dei Neanderthal forniscono nuovi indizi sull'evoluzione e sulla salute umane

[14 Maggio 2021]

Nel e sul nostro corpo vivono trilioni di cellule microbiche appartenenti a migliaia di specie batteriche: il nostro microbioma. Questi microbi svolgono un ruolo chiave nella salute umana, ma si sa poco della loro evoluzione. Il nuovo studio “The evolution and changing ecology of the African hominid oral microbiome”, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) da un team internazionale di ricercatori provenienti da 41 istituzioni scientifiche di 13 Paesi e guidato dal Max-Planck-Instituts für Menschheitsgeschichte (MPI-SHH),  analizzando la placca dentale fossilizzata di uomini moderni  e uomini di Neanderthal, e confrontandola con quelle di scimpanzé selvatici, gorilla e scimmie urlatrici. Un’analisi della placca dentale di più di 120 esemplari – la più completa mai attuata –  di primati e ominidi che rappresentano i punti chiave nell’evoluzione dei primati e dell’uomo ha rivelato scoperte sorprendenti sul comportamento umano precoce e nuove intuizioni sull’evoluzione del microbioma ominide.

Al MPI-SHH spiegano che «Nonostante le differenze del microbioma orale, i ricercatori hanno identificato dieci principali tipi di batteri che si sono mantenuti all’interno del lignaggio umano per oltre 40 milioni di anni». Il team ha scoperto un alto grado di somiglianza tra i Neanderthal e gli esseri umani moderni, compresa un’apparente acquisizione omo-specifica della capacità di digestione dell’amido negli streptococchi orali, il che suggerisce che i batteri si siano adattati a un cambiamento nella dieta avvenuto in un antenato comune».

I ricercatori evidenziano che «Lavorare con DNA vecchio di decine o centinaia di migliaia di anni è molto impegnativo e, come gli archeologi che ricostruiscono vasi rotti, anche gli archeogenetisti devono mettere insieme meticolosamente frammenti rotti di genomi antichi per ricostruire un quadro completo del passato».

Per poter realizzare questo studio, i ricercatori hanno dovuto sviluppare nuovi strumenti e approcci computazionali per analizzare geneticamente miliardi di frammenti di DNA e identificare le comunità batteriche morte da tempo conservate nella placca dentale archeologica. Utilizzando questi nuovi strumenti, i ricercatori hanno ricostruito il microbioma orale di un uomo di Neanderthal che viveva 100.000 anni fa nella grotta di Pešturina in Serbia, il più antico microbioma orale  di oltre 50.000 anni ricostruito con successo fino ad oggi.

Il principale autore dello studio, James Fellows Yates del MPI-SHH, sottolinea che «Siamo stati in grado di dimostrare che il DNA batterico del microbioma orale si conserva almeno il doppio del tempo di quanto si riteneva in precedenza. Gli strumenti e le tecniche sviluppate in questo studio aprono nuove opportunità per rispondere a domande fondamentali nell’archeologia microbica e consentiranno un’esplorazione più ampia dell’intima relazione tra gli esseri umani e il loro microbioma».

All’interno della placca dentale fossilizzata, i ricercatori hanno identificato 10 gruppi di batteri che fanno parte del microbioma orale dei primati da oltre 40 milioni di anni e che sono ancora condivisi tra gli esseri umani e i loro parenti primati più stretti. Molti di questi batteri sono noti per avere importanti funzioni benefiche nella bocca e possono aiutare ad avere gengive e denti sani. Tuttavia, un numero sorprendente di questi batteri è così poco studiato che mancano persino di nomi scientifici. Uno degli autori dello studio, il microbiologo Floyd Dewhirst del Forsyth Institute di Cambridge, spiega a sua volta che «Il fatto che molti dei taxa più importanti siano scarsamente caratterizzati è una sorpresa per i microbiologi orali che lavorano su questo microbioma da anni. Stiamo ancora imparando a conoscere nuovi membri di questa comunità, e questi risultati ci danno nuove specie a cui mirare per una caratterizzazione completa».

Anche se dallo studio viene la conferma che gli esseri umani condividono molti batteri orali con altri primati, i microbiomi orali degli esseri umani  moderni e dei Neanderthal sono particolarmente simili. «Tuttavia – fanno notare gli scienziati –  ci sono alcune piccole differenze, principalmente a livello di ceppi batterici». Quando i ricercatori hanno esaminato più da vicino queste differenze, hanno scoperto che «Gli antichi umani che vivevano nell’Era Glaciale in Europa condividevano alcuni ceppi batterici con i Neanderthal. Poiché il microbioma orale viene tipicamente acquisito nella prima infanzia dai caregiver, questa condivisione può riflettere precedenti accoppiamenti uomo-Neanderthal e l’allevamento dei bambini, come è stato già indicato anche dalla scoperta del DNA di Neanderthal nei genomi umani antichi e moderni». I ricercatori hanno anche scoperto che dei ceppi batterici simili a quelli dei Neanderthal non sono stati più trovati negli esseri umani da circa 14.000 anni fa.

Una coautrice dello studio, Irina Velsko dell’MPI-SHH è convinta che «I batteri orali forniscono un’opportunità inaspettata per ricostruire le interazioni tra esseri umani e uomini di Neanderthal decine di migliaia di anni fa. L’intersezione tra biologia evolutiva umana e microbica è affascinante».

Ma una delle più grandi sorprese dello studio è stata la scoperta che, fin all’inizio dell’evoluzione degli ominidi, un sottogruppo di batteri Streptococcus presenti sia negli esseri umani moderni che nei Neanderthal sembra essersi particolarmente adattato a consumare l’amido. Secondo gli scienziati «Questo suggerisce che i cibi ricchi di amido sono diventati importanti nella dieta umana molto prima dell’introduzione dell’agricoltura, e in effetti anche prima dell’evoluzione degli esseri umani moderni. I cibi ricchi di amido, come radici, tuberi e semi, sono ricche fonti di energia e studi precedenti hanno sostenuto che il passaggio al consumo di cibi amidacei potrebbe aver aiutato i nostri antenati a far crescere i grandi cervelli che caratterizzano la nostra specie».

Inoltre, dato che il cervello richiede glucosio come fonte di nutrienti e la carne da sola non è una fonte sufficiente,  risultati dello studio mettono fortemente in dubbio la teoria che i Neanderthal fossero essenzialmente carnivori,. I ricercatori dicono che ­«La scoperta ha senso perché per le società di cacciatori-raccoglitori di tutto il mondo, gli alimenti ricchi di amido – radici, tuberi (come le patate) e graminacee, così come noci e semi, per esempio – sono fonti nutrizionali importanti e affidabili. In effetti, l’amido attualmente costituisce circa il 60% delle calorie per gli esseri umani in tutto il mondo». Un altro autore dello studio, Richard Wrangham dell’università di Harvard, sottolinea che «La sua disponibilità è molto più prevedibile durante la stagione annuale per i cacciatori-raccoglitori tropicali. Questi nuovi dati hanno ogni senso per me, rafforzando la visione più recente dei Neanderthal secondo cui le loro diete erano più sapiens di quanto si pensasse una volta, che significa ricche di amido e cotte».

L’autrice senior dello studio, Christina Warinner, un’antropologa che si occupa di scienze del microbioma sia all’università di Harvard e al MPI-SHH, ha concluso: «Pensiamo di aver osservato le prove di un comportamento molto antico che potrebbe essere stato parte dell’encefalizzazione o della crescita del cervello umano. E’ la prova di una nuova fonte di cibo al quale i primi esseri umani erano in grado di attingere sotto forma di radici, verdure ricche di amido e semi. Per molto tempo, le persone hanno cercato di capire cosa sia un normale microbioma sano, Se oggi abbiamo solo persone che stiamo analizzando da contesti completamente industrializzati e che hanno già alti carichi di malattia, è sano e normale? Abbiamo iniziato a chiederci: quali sono i membri principali del microbioma? Quali specie e gruppi di batteri si sono effettivamente evoluti insieme a noi più a lungo? Ricostruire ciò che era nel menu per i nostri antenati più antichi è una sfida difficile, ma i nostri batteri orali possono contenere importanti indizi per comprendere i primi cambiamenti dietetici che ci hanno reso unicamente umani. I genomi batterici si evolvono molto più rapidamente del genoma umano, rendendo il nostro microbioma un indicatore particolarmente sensibile dei principali eventi nel nostro lontano e recente passato evolutivo. E’ uno spunto di riflessione importante: le umili placche batteriche che crescono sui nostri denti e che spazzoliamo via con cura ogni giorno contengono indizi notevoli non solo per la nostra salute, ma anche per la nostra evoluzione. Le differenze e le somiglianze dallo studio fanno tutte parte di ciò che ci rende umani. Tocca anche la capacità di analizzare i minuscoli microbi che vivono nel corpo umano. Mostra che il nostro microbioma codifica informazioni preziose sulla nostra evoluzione che a volte ci dà suggerimenti su cose che altrimenti non lasciano alcuna traccia».