Segreti nel Sangue Suino: Virus, Batteri e l’Evoluzione Svelata dalla Genomica

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi! Avete mai pensato a cosa si nasconde nel sangue, oltre ai soliti globuli rossi e bianchi? Specialmente nel sangue dei nostri amici suini, animali così importanti per l’alimentazione globale, l’economia agricola e persino la ricerca biomedica. Ecco, oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel loro mondo microscopico, un universo nascosto fatto di virus e batteri che abbiamo esplorato grazie alla potenza della genomica.

Le malattie infettive sono da sempre uno dei crucci principali per l’allevamento suino. Con la globalizzazione, poi, il trasporto di animali attraverso continenti ha reso ancora più facile la diffusione di patogeni, alcuni vecchi, altri nuovi ed emergenti. Il problema è che, fino ad ora, mancava una sorveglianza genomica completa su larga scala, specialmente a livello Eurasiatico. Questo significa che non sapevamo molto sulla reale diffusione (prevalenza) e sull’evoluzione di molti virus e batteri patogeni per i maiali.

Come Abbiamo Fatto? Un Nuovo Approccio Genomico

Qui entra in gioco il nostro studio. Ci siamo detti: e se potessimo usare i dati di sequenziamento dell’intero genoma (quelli che in gergo chiamiamo Whole-Genome Sequencing o WGS), ottenuti da semplici campioni di sangue, per andare a caccia di questi microbi? L’idea è stata quella di sviluppare un protocollo specifico, una sorta di “setaccio” digitale, per identificare le sequenze di DNA virale e batterico presenti nel sangue e stimarne persino l’abbondanza in modo accurato.

Abbiamo analizzato i dati WGS di ben 685 maiali domestici Eurasiatici, appartenenti a 28 razze diverse. Immaginate un po’, campioni provenienti da tutta l’Eurasia, incluse undici diverse regioni della Cina! Dopo aver allineato le sequenze al genoma di riferimento del maiale (il Sscrofa11.1, per i più tecnici), ci siamo concentrati su tutte quelle sequenze che *non* appartenevano al maiale. Erano proprio lì, nascoste tra i dati “scartati”, le firme genetiche dei microbi che cercavamo.

Un Mondo Nascosto: Il Viroma e Batterioma dei Suini

E cosa abbiamo trovato? Un vero e proprio “zoo” microscopico! Abbiamo identificato un totale di 15 batteri patogeni e 12 virus patogeni, oltre a un ospite fisso molto particolare: il retrovirus endogeno suino (PERV), un virus integrato stabilmente nel genoma di tutti i maiali.

La cosa sorprendente è stata scoprire quanto fossero comuni le co-infezioni. Pensate che oltre l’80% dei maiali analizzati ospitava contemporaneamente sia virus che batteri patogeni! Quasi la metà (46.3%) aveva infezioni multiple da virus diversi (da due a cinque specie!), e l’81.5% aveva infezioni multiple da batteri (da due a dieci specie diverse!). Questo ci dice che la convivenza tra diversi microbi, potenzialmente dannosi, è la norma nelle popolazioni suine, rappresentando una sfida continua per la loro salute.

Differenze Geografiche: Microbi Diversi tra Est e Ovest

Analizzando la struttura genetica dei 685 maiali, abbiamo notato una chiara divisione tra le razze Europee (EUR) e quelle Cinesi indigene. Queste ultime, a loro volta, si dividevano in due sottogruppi: quelle provenienti dalla Cina centrale e orientale (CEC) e quelle dalla Cina meridionale e sud-occidentale (SSC).

La cosa interessante è che questi tre gruppi (EUR, CEC, SSC) mostravano differenze significative nella composizione, prevalenza e abbondanza di virus e batteri. Ad esempio:

• I maiali cinesi erano più frequentemente colpiti da porcine lymphotropic herpesvirus (PLHV) e porcine parvovirus (PPV).
• I maiali europei mostravano invece una maggiore prevalenza di porcine cytomegalovirus (PCMV) e porcine torque teno virus (PTTV).
• Curiosamente, anche le specie di Mycoplasma differivano: Mycoplasma suis era presente solo nei maiali cinesi, mentre Mycoplasma parvum solo in quelli europei.

Abbiamo anche notato che l’abbondanza di alcuni microbi, come PLHV1 e Staphylococcus aureus, variava significativamente tra i gruppi, suggerendo una diversa suscettibilità legata forse alla razza o all’ambiente. Inoltre, la regione SSC in Cina, caratterizzata da temperature e umidità medie annue più elevate, mostrava una maggiore diversità di specie virali e batteriche rispetto alla regione CEC. Questo sottolinea come le condizioni ambientali possano favorire la proliferazione e trasmissione dei patogeni.

Un Ospite Fisso: Il Retrovirus Endogeno Suino (PERV)

Come accennato, abbiamo trovato il PERV in tutti i 685 maiali. Questo virus è particolarmente interessante perché, essendo integrato nel genoma, viene trasmesso ereditariamente. Recentemente ha attirato molta attenzione per il potenziale rischio di trasmissione ad altre specie (incluso l’uomo) nel contesto degli xenotrapianti (l’uso di organi animali per trapianti umani).

Per essere sicuri che il nostro metodo di stima dell’abbondanza fosse affidabile, abbiamo fatto un esperimento di controllo. Abbiamo usato la tecnica della qPCR (quantitative Polymerase Chain Reaction) su campioni di 20 maiali cinesi di otto razze diverse per misurare direttamente il numero di copie del gene pol del PERV. I risultati della qPCR corrispondevano perfettamente alle stime di abbondanza ottenute dal nostro protocollo basato sui dati WGS! Questo ci ha dato grande fiducia nella validità del nostro approccio.

Viaggi Virali: Come si Spostano i Patogeni

Abbiamo notato un’alta abbondanza di porcine parvovirus 6 (PPV6) nei maiali della regione SSC. Siamo riusciti a ricostruire quasi l’intero genoma di questo virus da campioni di sette diverse razze di quella zona. Analizzando le sequenze e costruendo un albero filogenetico (una sorta di albero genealogico del virus), abbiamo scoperto che le sequenze virali provenienti da regioni geograficamente vicine erano molto simili tra loro. Cosa suggerisce questo? Che ci sia stata una trasmissione del virus tra province confinanti, probabilmente facilitata dal trasporto su larga scala di animali attraverso la Cina. È un esempio lampante di come i movimenti commerciali possano creare connessioni virali tra località distinte, favorendo la diffusione delle malattie.

Questione di Geni: La Suscettibilità alle Infezioni

Ci siamo poi chiesti: perché alcuni maiali sembrano essere più suscettibili a certi virus rispetto ad altri? Per rispondere, abbiamo usato una tecnica chiamata Studio di Associazione Genome-Wide (GWAS). In pratica, abbiamo cercato associazioni tra piccole variazioni nel DNA dei maiali (chiamate SNP) e l’abbondanza dei tre virus più prevalenti nel nostro studio: PLHV1, PLHV3 e PCMV.

Ebbene, abbiamo identificato delle regioni del genoma suino associate alla suscettibilità a questi virus. In queste regioni abbiamo trovato tre geni candidati particolarmente interessanti:

• ADAM28 e ADAMDEC1: associati alla suscettibilità a PLHV1. Questi geni appartengono a una famiglia di proteine coinvolte in processi cellulari importanti e, guarda caso, ricerche precedenti li avevano già collegati a un herpesvirus umano (il virus di Epstein-Barr, responsabile della mononucleosi).
• ATF4: associato alla suscettibilità a PCMV. Anche questo gene era già stato implicato nella risposta cellulare all’infezione da cytomegalovirus umano e murino.

Queste scoperte sono preziose perché ci danno indizi sui meccanismi genetici che rendono un maiale più o meno vulnerabile a specifiche infezioni virali. È affascinante vedere come geni simili possano avere funzioni convergenti in specie diverse come maiali, topi e umani!

Cosa Significa Tutto Questo? Implicazioni e Futuro

Questo studio ci ha permesso di dipingere un quadro molto più dettagliato del viroma e del batterioma presenti nel sangue dei maiali Eurasiatici. Abbiamo dimostrato che l’analisi dei dati WGS, anche quelli considerati “di scarto”, è un’opportunità incredibile per la sorveglianza delle malattie infettive, permettendo di identificare e quantificare simultaneamente un ampio spettro di virus e batteri, superando i limiti dei metodi tradizionali come PCR o ELISA che si focalizzano solo su pochi patogeni specifici.

Abbiamo evidenziato la diffusione capillare delle co-infezioni e le importanti differenze tra popolazioni suine a livello geografico, sottolineando come la razza ospite e l’ambiente possano influenzare la comunità microbica. L’analisi evolutiva di PPV6 ha confermato il ruolo del trasporto animale nella diffusione dei virus, mentre l’identificazione dei geni di suscettibilità apre nuove strade per comprendere la base genetica della resistenza alle malattie.

Certo, il nostro metodo ha dei limiti: richiede dati di sequenziamento abbastanza profondi e, per ora, si è concentrato solo su virus a DNA e batteri. Il prossimo passo? Applicare approcci simili ai dati di trascrittomica (RNA) per svelare anche il mondo dei virus a RNA!

In conclusione, speriamo che questo lavoro fornisca nuove intuizioni e strumenti utili per la genomica, l’epidemiologia e, soprattutto, per la prevenzione e il controllo delle malattie infettive nei suini, contribuendo alla salute animale e alla sicurezza della filiera alimentare globale. È un campo in continua evoluzione, e ogni scoperta ci avvicina a comprendere meglio questo complesso ecosistema microbico!

Fonte: Springer