Il suolo è un ecosistema vivo, dinamico, popolato da comunità microbiche estremamente complesse che svolgono un ruolo chiave nel funzionamento degli agroecosistemi.
Il progetto europeo TRIBIOME nasce con l’obiettivo di comprendere come queste comunità microbiche, e in particolare il microbioma del suolo e della rizosfera delle piante, contribuiscano alla resilienza dei sistemi agricoli di fronte a stress ambientali come la siccità. Nel corso del progetto, sono stati analizzati suoli e rizosfere di coltivazioni di frumento in diverse aree europee, caratterizzate da condizioni pedoclimatiche differenti. Attraverso tecniche avanzate di sequenziamento del DNA batterico/fungino e approcci di modellizzazione basati su reti microbiche, è stato possibile descrivere non solo la composizione delle comunità microbiche, ma anche le relazioni funzionali tra i microrganismi che le compongono. I risultati mostrano che il microbioma del suolo non risponde alla siccità in modo casuale. Al contrario, emergono moduli microbici ricorrenti, ovvero gruppi di microrganismi che tendono a co-variare e a interagire tra loro in modo coordinato. All’interno di questi moduli sono stati identificati taxa chiave, definiti keystone, che occupano posizioni centrali nelle reti di interazione e che sembrano svolgere un ruolo importante nel mantenimento della stabilità del sistema. In condizioni di elevata aridità, sia nei suoli sia nella rizosfera, si osserva un arricchimento ricorrente di specifici generi batterici e fungini, molti dei quali sono noti per la loro capacità di tollerare stress ambientali, modulare la disponibilità dei nutrienti o interagire positivamente con le piante. Questi microrganismi non agiscono isolatamente, ma come parte di consorzi funzionali, la cui struttura cambia nel tempo e in funzione dello stadio di sviluppo della coltura. Un aspetto particolarmente rilevante emerso dal progetto TRIBIOME è che le interazioni tra microrganismi sono altamente specifiche e dipendenti dal contesto. Questo significa che la semplice presenza di un determinato taxon non è sufficiente a predirne la funzione: è la rete funzionale in cui esso è inserito a determinarne l’impatto sull’ecosistema suolo-pianta.
Modellizzazione delle reti microbiche (Wiggum Plot) della rizosfera di Triticum aestivum (Figura a sinistra) e Triticum durum (Figura a destra) in campioni raccolti presso l’azienda Floriddia (Toscana) nell’ambito del progetto TRIBIOME. Ogni nodo rappresenta un genere batterico (presente in almeno il 20% dei campioni) in connessione con gli altri microrganismi tramite correlazioni positive (si influenzano positivamente l’un l’altro – linee rosse) o negative (si influenzano negativamente l’un l’altro – linee blu). Network analysis realizzata da Dr. D. Scicchitano.
Il progetto europeo TRIBIOME (Horizon) è iniziato nel 2023 e finirà a dicembre 2026. I partner sono Università e Centri di ricerca di 6 paesi EU e del Sud Africa.
I due ambiti principali di TRIBIOME sono lo studio delle relazioni microbiche tra piante di frumento e suolo e lo sviluppo di modulatori del suolo. RSR partecipa sia alla sperimentazione che allo sviluppo di un sistema decisionale basato su una rete di agricoltori. Lo studio della microdiversità è stato condotto in diverse località rappresentative di agroecosistemi mediterranei per un totale di 11 campi sperimentali, gestiti con pratiche agricole locali e distribuiti lungo un gradiente climatico ed edafico tra nord e sud di Spagna e Italia. In ogni campo, ognuno di 3000 metri quadri, la campagna di campionamento ha riguardato le piante di frumento (spigatura, maturità, raccolta), la rizosfera e il suolo (primavera, estate, autunno). Il campionamento ha permesso di catturare le dinamiche stagionali delle comunità microbiche in base ad attività enzimatica e diversità funzionale in risposta allo sviluppo delle colture e alle condizioni climatiche. L’analisi dei dati “omics” (genomica, proteomica, metabolomica) si è focalizzata sulle relazioni tra microbiota, ambiente, persone e cibo con lo scopo di indagare il legame tra mondo microscopico e qualità degli alimenti: se il suolo è fertile e vivo anche la salute delle piante e delle persone ne guadagna (si veda l’articolo successivo). Un altro obiettivo di TRIBIOME è lo sviluppo di modulatori del suolo e biostimolanti basati su microrganismi o sostanze fitochimiche che agiscono sull’interfaccia pianta- suolo. Negli ultimi anni, il mercato globale dei biostimolanti ha registrato una rapida crescita e l’Europa è il più grande mercato con 8 milioni di ettari trattati (2016). Il nuovo regolamento EU 2019/1009 sui fertilizzanti, in vigore dal 16 luglio 2022, rappresenta una svolta normativa fondamentale per i biostimolanti vegetali microbici in Europa, introducendo una definizione armonizzata, criteri di sicurezza rigorosi e la possibilità di ottenere la marcatura CE.
Un biostimolante vegetale è un prodotto che stimola i processi di nutrizione delle piante, indipendentemente dal contenuto di nutrienti del prodotto, con l’unico scopo di migliorare una o più delle seguenti caratteristiche della pianta o della rizosfera: efficienza nell’utilizzo dei nutrienti, tolleranza allo stress abiotico, caratteristiche qualitative, disponibilità di nutrienti confinati nel suolo o nella rizosfera. I biostimolanti vegetali sono microbici (MPB) o non microbici (NMPB). I MPB possono essere costituiti da un microrganismo o da un consorzio di microrganismi, compresi microrganismi morti o con cellule vuote ed elementi residui non nocivi del mezzo in cui sono stati prodotti, che non abbiano subito alcun tipo di trattamento, esclusa l’essiccazione o la liofilizzazione.
Gli unici microrganismi consentiti con marchio CE sono: i funghi micorrizici, Azotobacter, Rhizobium e Azospirillum. Qualsiasi altra specie microbica non può essere commercializzata con il marchio CE ma solo applicando legislazioni nazionali. I NMPB sono sostanze di origine naturale che stimolano i processi fisiologici delle piante, senza fornire nutrienti, per migliorare l’efficienza nell’assorbimento dei nutrienti, la tolleranza agli stress (siccità, salinità, temperature estreme) e la qualità della produzione, agendo come promotori della crescita e della resilienza. TRIBIOME ha isolato, caratterizzato e identificato con successo 10 modulatori a base di microrganismi che presentano attività di promozione della crescita delle piante appartenenti al gruppo di rischio 1 (rischio minimo per ambiente e salute umana) e 3 modulatori a base di estratti fenolici botanici ottenuti da residui di broccoli, cipolla e foglie di canna gigante utilizzando solo acqua e condizioni di lavorazione delicate. Tramite prove di campo, in serra e in vitro, i modulatori TRIBIOME risultano regolatori positivi dello sviluppo delle piante di grano. In particolare, è stato scoperto che Solibacillus silvestris aumenta significativamente l’accumulo di biomassa in T. durum sottoposto a stress idrico. Buttiauxella agrestis, Pseudomonas antarctica e Bacillus phsychrophilus hanno dimostrato di favorire la formazione delle foglie in T. aestivum in condizioni di siccità. Inoltre, Pseudomonas antarctica e Pseudomonas cedrina hanno anche mostrato effetti positivi sulla formazione di radici secondarie in T. aestivum in condizioni di stress idrico. Sebbene nessun singolo modulatore sia stato identificato come efficace per tutti i parametri studiati, molti hanno mostrato una regolazione statisticamente significativa di specifici tratti fisiologici, giustificando la loro selezione per ulteriori indagini.
Cibo, ecosistemi e salute globale nella visione One Health
di Giuseppe De Santis – Rete Semi Rurali
Il concetto One Health è un modello di conoscenza che riconosce come la salute umana, quella animale e la salubrità degli ecosistemi siano un unico sistema indivisibile, e si rivela uno strumento essenziale per decifrare e prevenire le crisi globali.
Il divulgatore e ricercatore David Quammen nel suo libro Spillover. L’evoluzione delle pandemie (Adelphi, 2017) ha, tra altri, descritto come il salto di specie dei patogeni non sia un evento casuale, ma la conseguenza prevedibile dell’invasione della specie umana negli ecosistemi naturali. La pandemia del COVID-19 ha reso tangibile questa interconnessione sostanziando come l’agricoltura industriale moderna rappresenta uno dei principali motori di questa dinamica tossica. I grandi allevamenti intensivi, caratterizzati dall’enorme concentrazione di animali geneticamente uniformi tenuti in condizioni di stress e prossimità, costituiscono nicchie privilegiate per l’evoluzione e la diffusione di patogeni. In questi ambienti confinati, virus di specie selvatiche, come quelli dell’influenza aviaria, possono superare le barriere fisiche, circolare, combinarsi con altri genomi e trasformarsi, aumentando il rischio di trasmissione ad altre specie prossime, compreso l’uomo. Parallelamente, la trasformazione degli ecosistemi per far spazio a monocolture e pascoli su vasta scala distrugge gli habitat naturali, eliminando barriere ecologiche e costringendo specie selvatiche, serbatoio di innumerevoli virus sconosciuti, a un contatto forzato e ripetuto con gli animali domestici e le comunità umane, creando ponti perfetti per il salto di specie.
L’uso sistematico di antibiotici, necessario per contenere le infezioni in condizioni di allevamento intensivo, alimenta poi l’altra enorme crisi sanitaria silente: l’antibiotico resistenza, che incide subdolamente sulla salute del bioma che ci abita e che sta rendendo inefficaci farmaci salvavita. Applicare il paradigma One Health all’agricoltura è una necessità strategica per la sostenibilità dei nostri sistemi agroalimentari mondiali. Significa superare definitivamente il modello industriale e lineare, che consuma risorse e genera rischi sistemici, per raggiungere un modello circolare basato sulla prevenzione e rigenerazione degli ecosistemi. L’innovazione in agricoltura cambia scopo, non è più solo finalizzata all’aumento della produttività a breve termine, ma diventa lo strumento per costruire salute a tutti i livelli del sistema. La frontiera più promettente è l’agroecologia, che va ben oltre la semplice agricoltura biologica. Si tratta di progettare il sistema primario attraverso un sistema agricolo che mimi le funzioni degli ecosistemi naturali attraverso la diversificazione delle colture, le rotazioni complesse, l’integrazione tra allevamento e agricoltura (come i sistemi silvo-pastorali) e il ripristino degli elementi funzionali del paesaggio. Un sistema di produzione basato sulla diversità crea un effetto “diluizione” dei patogeni, ostacolando la loro diffusione massiva; un suolo ricco di vita e materia organica costituisce la base per piante più sane e quindi per cibi nutrienti. Sul fronte dell’allevamento, l’innovazione One Health coincide con una rivoluzione basata sul benessere animale: allevamenti estensivi, all’aperto, con densità ridotte e diete appropriate sono un importante strumento di prevenzione e profilassi. Animali meno stressati, in grado di esprimere il loro comportamento naturale, sviluppano sistemi immunitari più efficaci, riducendo drasticamente la necessità di interventi farmacologici e il rischio di focolai. La gestione del territorio che ne consegue, con pascoli razionali e integrati, contribuisce a rigenerare i suoli e a sequestrare carbonio, disegnare un ciclo di salute universale che si prenda cura dell’olobionte in cui siamo immersi. La visione One Health richiede di ripensare l’intera catena alimentare, favorendo diete più equilibrate che sostengono la transizione verso fonti proteiche alternative a basso impatto, come le leguminose. Questa strategia riduce alla fonte la pressione sugli ecosistemi e sul sistema degli allevamenti intensivi. Investire in un’agricoltura One Health è quindi un investimento in sicurezza sanitaria globale. La sfida è epocale ed è necessaria a proteggere la nostra stessa salute, in un’unica prospettiva di benessere condiviso. In estrema sintesi: integrare invece di separare, rigenerare invece di estrarre, prevenire invece di curare.
L’affascinante esercizio di comprimere l’intera storia della Terra in un singolo anno solare, con l’uomo apparso negli ultimi istanti del 31 dicembre e i batteri attorno a marzo, costituisce più di una semplice metafora.
In questa scala, il dominio dei microbi è schiacciante e ininterrotto, sancendo l’interdipendenza inscindibile tra l’ecologia della vita umana, animale e delle piante in un ecosistema la cui architettura e regolazione sono profondamente modellate dall’ecologia microbica. Con questa premessa il sopravvalutato Antropocene (la specie umana al centro del sistema terra) rappresenta una brevissima fase di perturbazione di una più grande fase temporale ininterrotta detta Microbiocene, durata oltre tre miliardi di anni, dove il vero protagonista della storia biologica è il mondo invisibile. È in questo quadro che la nostra relazione con i microbi si rivela un paradosso simbiotico profondo, che sfida la narrazione semplicistica di ospiti e inquilini. Dal punto di vista evolutivo, l’essere umano del periodo moderno ha coltivato l’illusione di potersi liberare dal microbico, di sterilizzare il proprio ambiente. Questa prospettiva è un nonsenso biologico. Una stima eloquente suggerisce che il numero di batteri associati a un solo corpo umano superi il numero di stelle visibili nell’universo osservabile. Siamo in ogni istante un mondo di biodiversità microscopica. Per convesso troviamo inaccettabile la verità per cui, di queste decine di migliaia di specie microbiche che ci costituiscono, solo una minuscola frazione, appena un centinaio, e spesso solo in condizioni particolari, ha un potenziale patogeno per la vita dell’uomo e degli animali. La stragrande maggioranza è neutrale o essenzialmente benefica, impegnata in una negoziazione simbiotica millenaria nella relazione tra l’uomo, i nutrimenti, l’acqua e l’aria. La “lotta” contro i microbi è quindi fondamentalmente mal posta: è un tentativo di dichiarare guerra a una parte costitutiva di noi stessi. In questo contesto, appare evidente come il modello epistemologico dominante in ampi settori della ricerca, in particolare quella agricola e industriale, basato su determinismo, universalismo e riduzionismo, sia strutturalmente inadeguato a comprendere una realtà così intrinsecamente relazionale, complessa e contestuale. Questo modello, che isola variabili singole in cerca di risposte universali e lineari, fallisce nel cogliere la logica di rete e la negoziazione dinamica che regolano tanto gli ecosistemi del suolo e delle acque, quanto il nostro microbioma intestinale. Alla luce di questa abbondanza, l’affermazione “noi ospitiamo un microbioma” appare capovolta. L’uomo possiede infatti una combinazione unica di attributi che lo rendono il vettore e l’habitat ideale dal punto di vista microbico: una mobilità globale senza confini, che trasforma ogni viaggio in una migrazione di interi ecosistemi; un corpo che funziona da incubatore termostatico stabile a 36°C, un’oasi metabolica in un pianeta variabile; e una straordinaria diversità di ambienti interni, un vero e proprio arcipelago biologico. Questo arcipelago offre nicchie ecologiche altamente specializzate: la pelle secca del palmo è un deserto, l’ascella umida una foresta tropicale, e l’intestino un mondo anaerobico complesso. Persino in questo microcosmo regna la varietà: le popolazioni microbiche di una singola ascella possono variare sensibilmente nella loro composizione nel tempo e, significativamente, la comunità batterica della mano sinistra differisce da quella della mano destra nello stesso individuo, modellata da differenti interazioni con l’ambiente. La realtà quantitativa di questa simbiosi è tangibile. Il bioma intestinale, da solo, può pesare tra 1 e 2 chilogrammi, peso equivalente a quello del cervello, e si stima che fino al 50% della massa solida delle feci di un individuo sano sia composta da batteri, da cellule morte e dai loro sottoprodotti. Siamo, numericamente, un insieme di cellule microbiche e umane in proporzioni comparabili, ma geneticamente siamo dominati dal microbioma, che contribuisce con un patrimonio genetico milioni di volte più vasto del nostro genoma nucleare. Questo “secondo genoma” non è un passeggero, ma un sistema fisiologico diffuso: un apparato metabolico che estrae energia e sintetizza vitamine; un maestro che allena e modula il sistema immunitario sin dalla nascita; un interlocutore che dialoga con il sistema nervoso attraverso l’asse intestino-cervello. La salute di questo organo esteso non è un fatto privato. Essa è plasmata dalle continue interazioni con l’ambiente esterno: dalla qualità microbiologica del cibo e dell’acqua, dal contatto con gli animali e i loro microbiomi, dalla diversità del suolo e delle piante e dei miceti con cui interagiamo. L’uso massiccio di antibiotici, le diete povere di fibre, l’inquinamento da microplastiche e metalli pesanti non danneggiano solo “noi” in senso astratto, ma destabilizzano questi ecosistemi interiori. L’aumento epidemico di patologie come l’obesità, le allergie, le malattie infiammatorie croniche intestinali e alcune condizioni autoimmuni può essere letto come il sintomo di una rottura di questo antico equilibrio, di una perdita di biodiversità nel nostro microcosmo interno.
Il paradosso iniziale “chi ha scelto chi” si risolve quindi nel riconoscimento di una co-evoluzione senza un autore unico. È un processo di negoziazione reciproca, iniziato nell’avvento della vita sulla terra con la simbiosi primordiale che portò alla cellula eucariota e diversificato poi in milioni di anni di convivenza tra mammiferi e microbi. La linea tra sé biologico e non-sé è porosa e funzionalmente connessa. Siamo olobionti: holos (ὅλος, “intero”, “tutto”) e bios (βίος, “vita”); siamo unità biologiche integrate definite dalla somma del nostro genoma e di quelli dei nostri simbionti. Prendersi cura della biodiversità del pianeta, promuovere un’agricoltura che nutra il suolo e i suoi microbi, usare gli agenti antimicrobici con estrema parsimonia, favorire diete che sostengano la diversità del microbiota intestinale, dei polmoni, della pelle: queste non sono azioni separate. Aprendo il nostro sguardo come il nostro intestino, anche il suolo è un ecosistema fervido di interazioni microbiche. Nutrire la sua biodiversità, ridurre pesticidi e sostenere pratiche rigenerative non è solo agricoltura: è curare il nostro “secondo intestino” che ci lega alla terra. Un suolo sano nutre piante sane, che a loro volta nutrono il nostro microbioma (vedi articolo su One Health in questo numero). Prenderci cura della terra significa prenderci cura di noi stessi, perché siamo nodi indivisibili della stessa rete della vita. Sono tutte manifestazioni di una stessa cura per il sistema interconnesso di cui siamo nodo indivisibile. Proteggere gli ecosistemi macroscopici è, in ultima analisi, un atto di conservazione del nostro stesso ambiente interno. Siamo la prova vivente che la vita non ha trionfato attraverso la sola competizione, ma attraverso l’alleanza e una simbiosi così profonda da definire l’essenza stessa di ciò che significa essere un organismo.
Lo scorso 3 febbraio presso l’Aula Magna del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi (DBIOS) Rete Semi Rurali (RSR) ha partecipato in collaborazione con lo stesso DBIOS alla prima conferenza della serie del Piano Lauree Scientifiche (PLS). L’evento intitolato “
“Dalla pianta alla salute: nuove frontiere della nutrizione sostenibile” ha incluso 3 brevi interventi dedicati ai temi della ricerca genetica partecipativa e climaticamente resiliente, dei biostimolanti per le piante e della nutraceutica per la salute umana. RSR ha partecipato presentando le sue esperienze di selezione genetica partecipativa e valutazione, anche tramite panel test e strumenti digitali, dei Miscugli Eterogenei Biologici selezionate nell’ambito del progetto Riso Resiliente, la cui coltivazione prosegue ed è in espansione. Metodologie partecipative e di attivazione con gli studenti hanno animato gli interventi, permettendo una maggior interazione durante la conferenza, nonché un’immediata valutazione degli impatti dell’attività divulgativa.
Rete Semi Rurali conferma la sua stretta collaborazione con il mondo accademico e con il DBIOS come partner di rilievo, sia nelle attività di ricerca, sia in quelle di disseminazione, attraverso l’utilizzo di metodologie partecipative e processi di sviluppo locale improntati da un approccio orizzontale.
Nonostante il maltempo che ha imperversato nel resto della Sicilia, la splendida Favignana e i suoi abitanti ci hanno accolti a braccia aperte. Con noi erano presenti anche l’Università di Catania e l’Università Juan Carlos di Madrid – partner del progetto COUSIN – e il professore Maggioni, esperto di Brassica macrocarpa e membro del gruppo di lavoro ECPGR sulle Crop Wild Relatives.
Abbiamo esplorato l’isola in lungo e in largo alla ricerca della Brassica macrocarpa, cugina selvatica dei broccoli, endemica delle isole Egadi e minacciata di estinzione… e l’abbiamo trovata! Oltre un migliaio di queste piante popolano le scogliere di Favignana, prediligendo gli strapiombi a picco sul mare.
Uno degli obiettivi del progetto COUSIN è proprio quello di continuare il monitoraggio di quest’area, che potrebbe diventare una delle prime Riserve Genetiche d’Italia: luoghi dedicati alla conservazione e alla conoscenza delle specie selvatiche minacciate. La Brassica macrocarpa è una risorsa di grande valore per la ricerca scientifica. I ricercatori che lavorano al progetto COUSIN stanno sperimentando l’incrocio con varietà coltivate, questo secondo loro potrebbe contribuire a migliorare caratteristiche nutrizionali e anti-tumorali, aumentare la resistenza alla siccità e persino offrire nuove soluzioni per il controllo di alcuni parassiti del pomodoro.
