Un caveau globale può salvare i microbiomi minacciati del mondo?

Gli ecosistemi microbici sono alla base della vita sulla Terra, eppure sono sempre più minacciati dalle attività umane, tra cui pratiche agricole non sostenibili e l’abuso di antibiotici. Questi disturbi interrompono le reti microbiche essenziali per la stabilità ambientale, la biodiversità e la salute animale e umana, contribuendo all’aumento globale di malattie croniche e al degrado degli ecosistemi. Poiché i futuri sforzi di ripristino dipenderanno dalla diversità microbica oggi preservata, sono urgentemente necessarie misure proattive. In questa Prospettiva, ci concentriamo su una di queste iniziative, la Microbiota Vault Initiative (MVI), un’organizzazione non governativa senza scopo di lucro che abbiamo creato per rispondere a questa urgente necessità. Ispirata dalla Svalbard Global Seed Vault (SGSV), la MVI condivide la visione di salvaguardare la diversità, sebbene i suoi obiettivi e la sua attuazione differiscano sostanzialmente. A differenza della SGSV, che fornisce supporto alle banche dei semi esistenti con risultati di ripristino ben documentati, la MVI archivia proattivamente il microbiota in tutti i domini umano, animale e ambientale in previsione di future esigenze ignote negli sforzi di ripristino.

L’MVI incarna un approccio integrato One Health, salvaguardando la biodiversità microbica, fondamentale per la salute umana e animale, la resilienza delle piante e funzioni ambientali come la fertilità del suolo, il ciclo dei nutrienti, la regolazione climatica e la resistenza ai patogeni. Promuovendo una collaborazione equa, rispettando i diversi sistemi di conoscenza e garantendo la sovranità dei depositanti, l’MVI fornisce un quadro culturalmente in sintonia per mitigare la perdita microbica. Un’azione coordinata attraverso questa iniziativa offre un’opportunità tempestiva per proteggere la salute, la biodiversità e la resilienza degli ecosistemi attraverso la lente di One Health, sottolineando la profonda interdipendenza tra diversità microbica, integrità ambientale e benessere tra le specie.

Esiste un ampio riconoscimento del ruolo essenziale che i microbi evoluti naturalmente svolgono negli ecosistemi, compresi gli esseri umani. Le attività umane hanno interrotto queste connessioni evolutive nei microbiomi associati all’ospite [umani, animali e piante] e sono state associate a un allarmante aumento di malattie croniche come disturbi allergici, autoimmuni e metabolici.  La perdita di diversità microbica si estende agli ecosistemi ambientali, mettendo a repentaglio i sistemi agricoli e la resilienza ambientale.

La perdita di microbi cruciali nei contesti sia umani che ambientali rappresenta una crisi crescente, ma spesso trascurata. Nella salute umana, diversi esempi chiave illustrano come la modernizzazione interrompa le partnership microbiche coevolute. Il declino della prevalenza di Bifidobacterium longum subsp. infantis, un batterio che si è evoluto per digerire gli oligosaccaridi del latte umano e supportare lo sviluppo immunitario infantile, nelle società industrializzate è stato associato a un aumento del rischio di allergie, diabete e altre condizioni immunitarie. Questo declino, probabilmente dovuto al maggiore utilizzo di tagli cesarei, allattamento artificiale e antibiotici, è diventato così grave che alcuni pediatri ora raccomandano l’integrazione probiotica.  Analogamente, la diminuzione di Helicobacter pylori e Treponema succinifaciens dai microbiomi intestinali nei paesi industrializzati, mostra implicazioni più ampie dell’urbanizzazione. Mentre la riduzione di H. pylori ha ridotto le ulcere gastriche, la sua assenza è correlata a tassi aumentati di asma allergico e disturbi metabolici, evidenziando i ruoli complessi che questi microbi co-evoluti hanno nella salute umana. Nei sistemi ambientali, lo scioglimento del permafrost artico minaccia microrganismi unici adattati al freddo come Methanoflorens stordalenmirensis che aiuta a regolare le emissioni di metano e varie specie di Acidobacteria cruciali per il ciclo del carbonio. La perdita di questi microbi ambientali crea un pericoloso circolo vizioso: mentre il cambiamento climatico uccide i microbi del permafrost, la loro assenza accelera il rilascio di gas serra, riscaldando ulteriormente il pianeta. Queste perdite parallele nei microbiomi sia umani che ambientali dimostrano come i cambiamenti causati dall’attività umana possano sconvolgere gli ecosistemi microbici che si sono evoluti nel corso di milioni di anni, con effetti a cascata sulla salute umana e planetaria. Proprio come ci sforziamo di preservare i macrorganismi in via di estinzione, sono necessari sforzi globali urgenti per comprendere e preservare la diversità microbica.

Sebbene gran parte della biodiversità microbica e dei meccanismi alla base del mantenimento degli ecosistemi naturali e della salute rimangano ancora da scoprire, visti attraverso la lente di One Health, è nostro obbligo nei confronti delle generazioni future preservare questa diversità microbica. Il concetto di preservare il patrimonio microbico della Terra richiama quello delle banche dei semi, che salvaguardano la diversità genetica delle piante. Analogamente, l’MVI è un’organizzazione no-profit che opera come ente di beneficenza pubblico. Il suo obiettivo principale è supportare le raccolte locali per preservare la biodiversità microbica a livello globale, inclusi i microbioti ambientali, vegetali, animali e associati all’uomo.

L’obiettivo dell’MVI è promuovere uno sforzo globale e inclusivo per preservare i campioni microbici, promuovendo al contempo la ricerca extramurale. È intenzionalmente non commerciale e si basa su un quadro equo, progettato per affrontare l’urgente necessità di conservazione microbica nel contesto della perdita di biodiversità globale. Ispirata allo Svalbard Global Seed Vault ( www.croptrust.org ), l’iniziativa dà priorità alla conservazione della biodiversità microbica, promuovendo la creazione di collezioni locali e offrendo la conservazione criogenica sicura dei microbiomi provenienti da diverse fonti umane e ambientali (Fig.  1 ).

Il Microbiota Vault forma gli scienziati e promuove la creazione di Collezioni Locali per la conservazione e la ricerca. Queste collezioni locali possono richiedere che il Microbiota Vault conservi un backup sicuro dei propri campioni, mantenendo tutti i diritti sui propri depositi; hanno la possibilità di richiedere il sequenziamento ad accesso aperto con la licenza di loro scelta, e il MV pubblicherà sulla propria pagina web un database dei campioni depositati, inclusi metadati, link alle sequenze e informazioni di contatto dei depositanti. Chiunque appartenga alla comunità globale interessato a condurre ricerche può quindi contattare il depositante tramite la Collezione di Lavoro Locale. Per l’utilizzo dei dati derivati ​​dal Microbiota Vault, saranno richiesti riconoscimenti espliciti alla specifica Collezione di Lavoro Locale e al Microbiota Vault.

L’MVI agisce su richiesta e per conto dei depositanti sovrani e delle collezioni locali in tutto il mondo, per preservare copie di backup di campioni di origine umana, animale, vegetale o ambientale. Questi campioni non sono accessibili a nessuno tranne che ai depositanti o al loro agente registrato. Inoltre, su richiesta delle collezioni depositanti, il Microbiota Vault può sequenziare il DNA (o l’RNA) microbico, depositandolo in database ad accesso aperto con la licenza Creative Commons di loro scelta (https://creativecommons.org/licenses/). Questo aiuta i depositanti a definire i termini delle loro collaborazioni e a promuovere connessioni di ricerca globali, portando a un rafforzamento delle capacità globali nella ricerca sul microbioma. L’MVI non si occupa di ricerca di scoperta, sviluppo terapeutico, brevetti, generazione di profitti o rivendicazione di diritti di proprietà material o intellettuale sulle sue collezioni. Piuttosto, si concentra sulla costruzione di una rete collaborativa e multidisciplinare. Attraverso iniziative come l’annuale Global Microbiome Network Symposia (GloMiNe), l’MVI riunisce ricercatori, professionisti della sanità pubblica, esperti legali, antropologi, sociologi e altre parti interessate per avviare un dialogo sulla scienza del microbioma, l’etica della ricerca, la standardizzazione, l’accesso equo e la condivisione dei benefici.

L’MVI si impegna a educare e preservare la diversità microbica, garantendo al contempo un’adeguata rappresentanza di tutte le persone. L’iniziativa sostiene pienamente gli sforzi multilaterali nell’ambito del Quadro Globale sulla Biodiversità per un’equa condivisione dei benefici derivanti dall’uso di materiali biologici o dei relativi dati. L’iniziativa è profondamente impegnata nell’equità e nell’impegno etico con le comunità locali, comprese le popolazioni indigene che detengono e proteggono la conoscenza critica del microbioma e la biodiversità. L’MVI riconosce che le decisioni riguardanti il ​​bene comune e il futuro delle comunità tradizionali dovrebbero essere prese dalle comunità stesse. Il suo quadro mira a sostenere lo sviluppo di approcci equi e inclusivi alla sovranità e alla governance nella ricerca sul microbioma.

In quanto organizzazione senza scopo di lucro, l’MVI opera secondo i propri statuti e politiche globali per massimizzare l’inclusione, fornendo una supervisione fiduciaria e formando i potenziali depositanti sulle pratiche di ricerca etica, sui requisiti di accesso e condivisione dei benefici previsti dal Protocollo di Nagoya e sui metodi standardizzati per la progettazione dei metadati.

Un pilastro delle attività di sensibilizzazione dell’MVI è il simposio annuale GloMiNe. Questi eventi riuniscono scienziati di diverse discipline – microbiologia, antropologia, etica, sanità pubblica e bioinformatica – per condividere conoscenze, discutere di conservazione della biodiversità microbica e rafforzare le capacità di ricerca locali. Nel corso di quattro anni, questi simposi hanno promosso la collaborazione interdisciplinare e contribuito alla creazione di una rete globale del microbioma.

Oltre ai simposi, il Microbiota Vault supporta il rafforzamento delle capacità attraverso il mentoring per scienziati provenienti da paesi a basso e medio reddito, che, grazie alla collaborazione con il Digital Sequence Information Scientific Network (DSI), beneficiano di borse di viaggio per partecipare ai loro convegni, promuovendo ulteriormente l’equità globale nella ricerca sul microbioma. Nell’ambito delle sue attività di advocacy globale, l’MVI ha collaborato con le delegazioni delle Nazioni Unite, coordinando screening educativi per evidenziare l’importanza del microbioma e presentando i suoi risultati alla conferenza COP24 delle Nazioni Unite a Cali, in Colombia.

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L’MVI ha appena concluso la sua fase di lancio, perfezionando un modello per l’interazione tra un’iniziativa di raccolta fondi coordinata a livello globale e biobanche gestite localmente. Le collezioni di backup vengono depositate in base a un quadro giuridico contrattuale in cui vengono firmati Accordi di Deposito tra i depositanti e il Microbiota Vault. Durante questa fase iniziale, le Collezioni di Lavoro Locali provenienti da Benin, Brasile, Etiopia, Ghana, Laos, Thailandia e Svizzera hanno depositato 1204 campioni fecali umani e 190 campioni di alimenti fermentati. Questi depositi hanno richiesto la gestione di complesse normative locali e globali per l’esportazione dei campioni in Svizzera, dove sono conservati in modo sicuro in crioconservazione (-80 °C) presso l’Istituto di Microbiologia Medica dell’Università di Zurigo.

La fase di lancio MVI ha inoltre consentito lo sviluppo di protocolli standardizzati per la raccolta, la conservazione, il trasporto, lo sviluppo di metadati e l’annotazione dei dati dei campioni. Per i metadati, il Microbiota Vault ha adottato standard di informazioni minime su qualsiasi sequenza (x) (MIxS), un framework modulare sviluppato dalla comunità scientifica internazionale, che offre la flessibilità necessaria per accogliere ulteriori tipologie di campioni, come campioni ambientali o di fauna selvatica. Le migliori pratiche emerse da questa fase includono una solida tracciabilità dei campioni, framework equi per le biobanche, metadati standardizzati, protocolli di archiviazione armonizzati, sistemi avanzati per le biobanche e controllo di qualità conforme alle raccomandazioni della Swiss Biobanking Platform ( https://swissbiobanking.ch/ ).

In tutto il mondo, altri gruppi di scienziati hanno riconosciuto in modo indipendente la necessità di conservare le comunità microbiche attraverso la conservazione dei campioni. Tra questi, la Global Microbiome Conservancy si distingue come un’iniziativa orientata alla ricerca che raccoglie e studia attivamente campioni microbici umani provenienti da diverse regioni geografiche. Sebbene la maggior parte delle altre iniziative sia anch’essa orientata alla ricerca (Tabella  3 ), esse si allineano strettamente con la Microbiota Vault Initiative (MVI) e offrono punti di forza complementari che creano opportunità per future collaborazioni. Collaborando con e ricevendo campioni da collezioni microbiche locali, la MVI e iniziative simili contribuiscono a salvaguardare gli ecosistemi regionali, promuovendo al contempo l’istruzione, il rafforzamento delle capacità e una governance inclusiva. In particolare, la MVI rafforza gli stakeholder locali attraverso la sovranità del depositante e rigorosi standard per i metadati e i protocolli di conservazione.

Tra gli autori: Maria G. Dominguez-Bello, Dominik Steiger, Manuel Fankhauser, Adriano Egli, Pascale Vonaesch,Nicholas A. Bokulich, Anton Lavrinienko, Cristiano Hoffmann

Riferimento: Blaser, MJ La teoria della scomparsa del microbiota e le epidemie di malattie croniche. Nat. Rev. Immunol.