Microbiomi, comunità di organismi unicellulari, sono ovunque in natura. Svolgono un ruolo importante nella salute e nell'agricoltura, eppure sappiamo sorprendentemente poco di loro. La nanoscienza potrebbe aiutare.

In un ampio dibattito, due importanti ricercatori hanno parlato con la Kavli Foundation di come la nanoscienza può aiutarci a comprendere e manipolare i microbiomi naturali.

I microbiomi sono comunità di batteri, fungo, protozoi, alghe, altri microbi unicellulari, e virus che interagiscono tra loro in modi complessi. Questi ecosistemi sono enormemente complessi. Alcuni grammi di suolo o sedimento marino potrebbero contenere fino a diverse centinaia di migliaia di specie diverse di microbi.

"Ci sono tutte queste incredibili sostanze chimiche eseguite dai microbi che possono fare cose davvero meravigliose per l'umanità, come fornire nuovi antibiotici e nutrienti per le colture. È praticamente una risorsa illimitata di novità e chimica:se riusciamo a sviluppare strumenti migliorati per sfruttarla, " disse Eoin Brodie, uno scienziato del personale del dipartimento di ecologia del Lawrence Berkeley National Laboratory.

Nel passato, i ricercatori hanno cercato di comprendere queste comunità coltivando diversi microbi nelle culture e osservando i loro comportamenti. Eppure solo una piccola frazione di questi microrganismi cresce nelle colture pure.

La nanoscienza potrebbe fornire nuovi modi per svelare questi complessi ecosistemi, secondo Jack Gilbert, un investigatore principale presso la Divisione di Bioscienze dell'Argonne National Laboratory.

Un modo per ottenere informazioni sui microbiomi è etichettare un amminoacido o una particella di cibo con punti quantici e irradiarli in modo che si illuminino. Ciò mostrerebbe quali microbi erano attivi e come rispondono ai diversi stimoli ambientali nel tempo, ha spiegato Gilberto.

La nanoscienza potrebbe anche aiutare i ricercatori a "eliminare" le specie di microbioma nel modo in cui eliminiamo i geni nel DNA. Ciò consentirebbe agli scienziati di studiare il contributo dei singoli ceppi alla comunità.

Brodie crede che potremmo usare sensori su nanoscala simili a quelli in fase di sviluppo per studiare il cervello per studiare il suolo. Questi dispositivi delle dimensioni di un chip sarebbero economici e alimentati da onde radio, quindi non avrebbero bisogno di batterie per effettuare letture e trasmettere dati. I ricercatori potrebbero seminare il terreno con decine di migliaia di questi sensori e osservare come cambia il microbioma mentre le radici delle piante spingono attraverso il terreno.

Sensori simili potrebbero aiutarci a capire come i batteri sviluppano la resistenza agli antibiotici e formano serbatoi di malattie negli ospedali, disse Gilberto, che sta studiando l'evoluzione dei microbiomi nelle strutture mediche.

Sia Brodie che Gilbert credono che potremmo ottenere risultati importanti manipolando i microbiomi.

Brodie, per esempio, ritiene che modificando le colonie batteriche che trasformano l'azoto atmosferico in fertilizzante e che già vivono su molte piante, potremmo ridurre o eliminare la necessità di fertilizzazione.

Gilbert crede che i microbiomi potrebbero migliorare la salute. Un numero crescente di ricerche collega disturbi infiammatori come l'asma e l'eczema con la salute del microbioma personale. Gilbert sta cercando di creare habitat ideali per microbiomi sani nelle nostre case, edifici per uffici, e spazi pubblici. Questi habitat esporrebbero le persone, soprattutto neonati, ai microbi di cui hanno bisogno per rafforzare il loro sistema immunitario.

Gilbert definisce la confluenza della nanoscienza e della ricerca sul microbioma un campo nascente.

Brodie è d'accordo:"Abbiamo chiaramente bisogno di lavorare tra le discipline e continuare ad estendere le nostre reti di ricercatori. Dobbiamo continuare a raggiungere".