Così l’esposoma può aiutare a prevedere il rischio di malattie

Dall’aria che respiriamo al cibo che mangiamo, ogni persona entra quotidianamente in contatto con migliaia di sostanze chimiche. Capire in che modo queste esposizioni influenzino la salute, però, è rimasto finora un compito complesso. Un nuovo studio condotto dai ricercatori del CeMM Research Center for Molecular Medicine dell’Accademia Austriaca delle Scienze e del Ludwig Boltzmann Institute for Network Medicine dell’Università di Vienna, pubblicato su Nature Communications, propone ora una lettura più unitaria del problema. Secondo il lavoro, sostanze anche molto diverse tra loro possono alterare gli stessi sistemi biologici e contribuire così al rischio di malattia secondo schemi prevedibili.

La ricerca si inserisce in un ambito di crescente interesse, quello dell’esposoma, cioè l’insieme delle influenze ambientali a cui un individuo è esposto nel corso della vita, dagli inquinanti ai componenti alimentari, fino ai farmaci e ad altre molecole.

Perché collegare ambiente e malattie è così difficile

Si stima che l’inquinamento ambientale contribuisca a circa un decesso su sei a livello globale, ma stabilire un legame diretto tra una singola esposizione e una specifica malattia resta difficile. Il motivo principale è la grande complessità dell’esposoma. Ogni individuo, infatti, non è esposto a una sola sostanza, ma a una combinazione variabile di agenti chimici, alimentari, farmacologici e ambientali, che possono interagire tra loro e produrre effetti diversi nel tempo.

Tradizionalmente, le sostanze sono state classificate in base alla loro struttura chimica o alla loro origine. Questo approccio, però, non spiega necessariamente ciò che accade dentro l’organismo. Due molecole quasi identiche possono avere effetti biologici molto diversi, mentre sostanze apparentemente lontane tra loro possono agire sugli stessi meccanismi e contribuire alla stessa patologia. È proprio questo scarto tra somiglianza chimica ed effetto biologico ad aver reso difficile passare dalla semplice osservazione delle associazioni alla comprensione dei meccanismi. Lo studio guidato da Jörg Menche, ricercatore associato presso il CeMM e direttore del Ludwig Boltzmann Institute for Network Medicine, ha scelto quindi una strada diversa: non chiedersi solo che aspetto abbiano le sostanze, ma cosa facciano realmente nell’organismo.

Quasi 10.000 esposizioni mappate sui geni umani

Il gruppo di ricerca, di cui fa parte anche Salvo Danilo Lombardo, ex dottorando presso il CeMM e il LBI NetMed e oggi postdoc alla Harvard Medical School, ha raccolto quasi 10.000 esposizioni ambientali. L’elenco comprende inquinanti, componenti alimentari, farmaci e altre sostanze. Per ciascuna esposizione, i ricercatori hanno analizzato il modo in cui influenza i geni umani, costruendo una rete su larga scala basata sugli effetti biologici condivisi. Il risultato è una mappa che non raggruppa le sostanze in base alla loro origine o alla loro struttura, ma in base ai sistemi cellulari che esse modificano.

I cluster biologici e il ruolo dei nodi centrali

Analizzando la rete, i ricercatori hanno individuato uno schema preciso: le esposizioni tendevano a raggrupparsi in cluster collegati a funzioni biologiche comuni, come infiammazione, metabolismo o coagulazione del sangue. All’interno di questi gruppi, composti chimicamente molto diversi, tra cui farmaci e tossine ambientali, risultavano capaci di agire sugli stessi percorsi molecolari. In altre parole, il corpo non sembra rispondere alle esposizioni solo in base alla loro identità chimica, ma soprattutto in base ai sistemi biologici che vengono perturbati.

Per capire perché alcune esposizioni risultino più dannose di altre, il team ha poi osservato dove si collocano i loro effetti nella rete interna delle cellule, la cosiddetta rete di interazione proteica. In questa rete, non tutte le proteine hanno lo stesso peso: alcune funzionano come nodi centrali, perché coordinano numerosi processi essenziali. Lo studio mostra che le esposizioni che colpiscono questi nodi tendono ad avere un potenziale dannoso maggiore. Anche un singolo impatto su una proteina altamente connessa può infatti propagarsi attraverso il sistema, generando effetti a catena. Da qui emerge un principio semplice ma rilevante: più centrale è il bersaglio biologico colpito, più ampio può essere il danno sull’organismo.

Dalla biologia molecolare alla prevenzione

I ricercatori hanno infine confrontato le previsioni ottenute dalla rete con dati sanitari e ambientali su larga scala provenienti da diversi Paesi europei. È emerso che i Paesi con livelli più elevati di determinate esposizioni mostravano anche tassi più alti di malattie collegate a quelle esposizioni sul piano molecolare. Questo suggerisce che la “distanza” biologica tra un’esposizione e una malattia, misurata nella rete, possa aiutare a prevedere quali conseguenze sanitarie siano più probabili. “Nel loro insieme, i risultati offrono un nuovo modo di pensare a come l’ambiente influenzi la salute”, afferma Menche. “Anziché trattare ogni sostanza chimica isolatamente, lo studio dimostra che molte esposizioni convergono su percorsi biologici condivisi, formando un sistema di interazioni complesso ma strutturato. Mappando queste connessioni, i ricercatori possono iniziare ad anticipare gli effetti sulla salute delle esposizioni, anche di quelle che non sono ancora state studiate in dettaglio”.

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