Pubblicato da Domenico Martini
il 07/10/2026
L’essere umano come ecosistema biologico
Per molto tempo il corpo umano è stato considerato principalmente come un insieme di cellule governate dal proprio patrimonio genetico. La moderna ricerca sul microbioma ha progressivamente ampliato questa prospettiva, mostrando che l’organismo vive in costante interazione con una straordinaria comunità di microrganismi che colonizza l’intestino, la cute, la cavità orale e altre nicchie anatomiche.
Da questa nuova visione nasce il concetto di olobionte: un sistema biologico nel quale l'organismo ospite e le comunità microbiche associate interagiscono in modo dinamico. Il microbioma può essere considerato, in senso funzionale, una sorta di espansione del patrimonio genetico dell’ospite, perché i microrganismi possiedono un’enorme quantità di geni capaci di produrre enzimi e metaboliti che partecipano alla fisiologia dell’organismo umano.
Non significa che il DNA umano e quello microbico diventino un unico genoma. Significa piuttosto che genomi differenti partecipano a una rete biologica comune, nella quale ambiente, alimentazione, metabolismo e risposta immunitaria si influenzano reciprocamente.
Il concetto di olobionte è oggi utilizzato proprio per descrivere questa relazione dinamica tra ospite e microbiota. La dieta rappresenta uno dei principali fattori ambientali in grado di modificare questa interazione.
Tre patrimoni genetici in dialogo
Nel sistema biologico umano possono essere distinti tre grandi livelli genetici funzionalmente interconnessi:
- il DNA nucleare, contenuto nelle cellule dell’organismo;
- il DNA mitocondriale, custodito nei mitocondri;
- il patrimonio genetico del microbioma, costituito dall’insieme dei geni dei microrganismi associati all’organismo.
Il microbioma viene spesso definito un “secondo genoma” perché i suoi geni codificano un'enorme varietà di funzioni metaboliche che l'organismo umano, da solo, non possiede nella stessa misura.
I batteri intestinali possono infatti trasformare componenti alimentari non digeribili dagli enzimi umani, producendo molecole bioattive che entrano in relazione con le cellule dell’ospite.
È proprio questo passaggio — dalla dieta al metabolismo microbico, dal metabolismo microbico alla segnalazione cellulare — che sta diventando uno dei principali oggetti della ricerca nutrizionale contemporanea.
Mitocondri e microbiota: una relazione che affonda nell’evoluzione
Il collegamento tra microbiota e mitocondri non è soltanto metabolico. Possiede anche una profonda dimensione evolutiva.
La teoria endosimbiotica, oggi ampiamente accettata, sostiene che i mitocondri derivino da antichi batteri, probabilmente appartenenti alla linea degli α-proteobatteri, che nel corso dell'evoluzione instaurarono una relazione simbiotica stabile con cellule ancestrali eucariotiche.
I mitocondri conservano ancora caratteristiche che ricordano questa origine batterica, compreso un proprio genoma.
Questa origine comune aiuta a comprendere perché mitocondri e microbiota possano essere considerati due sistemi biologici distinti ma profondamente interconnessi.
La ricerca contemporanea parla sempre più di mitochondria–microbiome crosstalk, cioè di un dialogo bidirezionale nel quale il microbiota può modificare la funzione mitocondriale attraverso metaboliti e segnali molecolari, mentre la funzione mitocondriale dell'ospite può a sua volta influenzare l'ambiente nel quale vivono i microrganismi.
Il dialogo microbiota–mitocondri è bidirezionale
Il rapporto non può essere interpretato semplicemente come “batteri che influenzano le cellule”.
Il microbiota intestinale produce metaboliti capaci di raggiungere le cellule dell’ospite e modulare processi quali:
- metabolismo energetico;
- risposta immunitaria;
- segnalazione cellulare;
- equilibrio redox;
- integrità della barriera intestinale;
- metabolismo lipidico e glucidico;
- attività mitocondriale.
Parallelamente, i mitocondri contribuiscono all’omeostasi cellulare attraverso la produzione di energia, la regolazione delle specie reattive dell’ossigeno, la segnalazione metabolica e numerosi processi di adattamento cellulare.
Le specie reattive dell’ossigeno rappresentano uno dei possibili punti d’incontro fra questi due sistemi. In condizioni fisiologiche partecipano alla segnalazione cellulare; quando la loro produzione supera la capacità di controllo antiossidante, possono invece contribuire allo stress ossidativo. La letteratura descrive quindi un rapporto reciproco tra stato mitocondriale, ROS, microbiota e omeostasi intestinale.
La ricerca più recente amplia ulteriormente questo modello, indicando tra i mediatori del dialogo anche acidi grassi a corta catena, acidi biliari secondari e componenti microbici capaci di influenzare bioenergetica mitocondriale, equilibrio redox e infiammazione.
La fibra non è soltanto fibra: il concetto di MAC
Uno degli aspetti più interessanti di questa nuova visione riguarda il significato biologico della fibra alimentare.
Non tutte le fibre sono uguali e non tutte vengono utilizzate dal microbiota nello stesso modo.
Per descrivere i carboidrati effettivamente accessibili al metabolismo dei microrganismi intestinali è stato introdotto il concetto di Microbiota-Accessible Carbohydrates (MACs).
I MACs comprendono carboidrati che resistono alla digestione e all'assorbimento da parte dell'ospite e che possono quindi raggiungere il microbiota, dove vengono utilizzati come substrati metabolici.
Il loro significato biologico dipende non soltanto dalla molecola ingerita, ma anche dalla composizione del microbiota della singola persona. Lo stesso substrato può infatti essere metabolizzato in maniera diversa da individui con comunità microbiche differenti.
Questo porta a superare una concezione puramente quantitativa della fibra.
Non conta solamente quanti grammi di fibra vengono introdotti, ma anche quali carboidrati raggiungono il microbiota, quali microrganismi li utilizzano e quali metaboliti vengono prodotti.
Dai MAC agli SCFA: la fibra diventa un segnale biologico
Uno dei principali risultati della fermentazione microbica dei carboidrati accessibili al microbiota è rappresentato dagli acidi grassi a corta catena, o SCFA (Short-Chain Fatty Acids).
Tra i principali troviamo:
- acetato;
- propionato;
- butirrato.
A questi si affiancano altri metaboliti derivati dal metabolismo microbico degli aminoacidi e da differenti vie fermentative.
Gli SCFA non devono essere considerati semplicemente prodotti di scarto della digestione. Sono molecole bioattive che partecipano alla comunicazione fra microbiota e organismo ospite.
Possono contribuire alla regolazione dell’epitelio intestinale, della risposta immunitaria, del metabolismo energetico e della segnalazione cellulare. Il butirrato, in particolare, rappresenta un importante substrato energetico per le cellule dell’epitelio del colon.
La letteratura sui MACs indica inoltre che la disponibilità di carboidrati accessibili al microbiota può modificare sia la composizione della comunità microbica sia la sua funzionalità metabolica.
Quando la dieta impoverisce il microbiota
Una dieta cronicamente povera di substrati accessibili al microbiota può modificare profondamente l'ecosistema intestinale.
Gli studi sperimentali sui MAC hanno evidenziato che una disponibilità insufficiente di questi substrati può ridurre la produzione di metaboliti microbici benefici e favorire una progressiva alterazione dell'ecosistema intestinale.
Un aspetto particolarmente interessante riguarda il rapporto tra microbiota e muco intestinale.
Quando vengono a mancare sufficienti substrati alimentari, alcune popolazioni batteriche possono aumentare l’utilizzo di componenti derivati dal muco come fonte energetica. Nel modello sperimentale questo fenomeno può contribuire all'assottigliamento dello strato mucoso e alla perdita di alcune funzioni di barriera.
La barriera intestinale non è infatti una semplice parete fisica. È un sistema biologico dinamico nel quale interagiscono muco, cellule epiteliali, giunzioni cellulari, sistema immunitario e microbiota.
Quando questo equilibrio viene alterato, può aumentare la permeabilità e modificarsi il dialogo tra microbiota e sistema immunitario.
Microbiota, barriera intestinale e infiammazione
L'intestino rappresenta uno dei principali punti di contatto tra ambiente esterno e organismo.
Ogni giorno vengono introdotte attraverso l’alimentazione quantità enormi di molecole, antigeni e microrganismi. Il sistema immunitario intestinale deve quindi mantenere un equilibrio estremamente sofisticato: tollerare ciò che è innocuo e reagire adeguatamente a ciò che rappresenta una minaccia.
Il microbiota partecipa a questa regolazione.
La sua composizione e i suoi metaboliti contribuiscono al mantenimento dell'omeostasi immunitaria e della barriera intestinale. Una modificazione persistente dell'ecosistema microbico può invece alterare il dialogo microbiota–immunità.
La dieta occidentale, generalmente caratterizzata da un maggiore consumo di alimenti ultraprocessati e da una ridotta presenza di alimenti vegetali ricchi di fibre, è stata associata in numerose revisioni a modificazioni del microbiota e dell'interazione microbiota–sistema immunitario. Al contrario, il modello mediterraneo, ricco di vegetali, fibre e composti bioattivi, presenta caratteristiche nutrizionali favorevoli a un'interazione più equilibrata tra dieta, microbiota e sistema immunitario.
La prova clinica dei cereali integrali
Il rapporto tra fibra, microbiota e infiammazione non appartiene soltanto alla ricerca sperimentale.
Un trial randomizzato controllato ha studiato 80 adulti sani in sovrappeso o obesità caratterizzati da un'alimentazione povera di frutta e verdura e da uno stile di vita sedentario. L'intervento con frumento integrale ha prodotto modificazioni favorevoli di alcuni marcatori correlati all'infiammazione rispetto al controllo. Lo studio ha inoltre esaminato il ruolo dei polifenoli associati alla fibra dei cereali.
Questo risultato è particolarmente interessante perché mostra come l'effetto biologico di un alimento non possa essere ridotto alla sola quantità di macronutrienti.
La matrice alimentare contiene infatti fibre, polifenoli, minerali, composti fenolici legati alla parete vegetale e altre molecole che possono interagire con il microbiota.
La fibra può quindi diventare non soltanto un substrato fermentabile, ma anche un veicolo di composti bioattivi.
La fibra come matrice biologica
Il concetto di fibra come semplice materiale non digeribile è progressivamente superato.
Alcuni composti fenolici presenti negli alimenti vegetali possono essere associati alla matrice fibrosa e raggiungere il colon, dove il metabolismo microbico può contribuire alla loro trasformazione in molecole più facilmente disponibili o dotate di differenti attività biologiche.
Si crea così una sequenza:
alimento → fibra/MAC → microbiota → metaboliti → cellule dell’ospite → risposta metabolica e immunitaria.
È una vera catena di comunicazione biologica.
Questo modello aiuta anche a comprendere perché la qualità complessiva dell'alimentazione possa avere effetti che vanno molto oltre il semplice bilancio calorico.
Dal microbiota ai mitocondri
Il passaggio successivo della ricerca è particolarmente affascinante: comprendere come i metaboliti prodotti dal microbiota possano raggiungere e modulare i mitocondri.
Le evidenze disponibili indicano che il dialogo microbiota–mitocondri può coinvolgere differenti vie metaboliche e di segnalazione.
Gli SCFA sono tra i candidati più studiati. Possono influenzare il metabolismo cellulare e contribuire alla regolazione dell'equilibrio energetico e immunitario.
Altri metaboliti microbici, inclusi derivati degli acidi biliari e del metabolismo degli aminoacidi, possono intervenire nella comunicazione tra intestino, sistema immunitario e tessuti periferici.
La ricerca del 2024 sul crosstalk microbiota–mitocondri sottolinea proprio il ruolo centrale dei metaboliti come mediatori della comunicazione bidirezionale e il potenziale ruolo della dieta nel modificare contemporaneamente microbiota e funzione mitocondriale.
Nel 2026, una nuova revisione ha ulteriormente ampliato questo modello, descrivendo l'asse microbiota–mitocondri come un sistema di comunicazione molecolare capace di coinvolgere metabolismo energetico, immunità, segnalazione infiammatoria ed equilibrio redox.
È importante sottolineare, tuttavia, che molte di queste relazioni sono ancora oggetto di studio e che la dimostrazione di un meccanismo biologico non equivale automaticamente alla dimostrazione di un effetto clinico.
L’asse microbiota–mitocondri come nuova frontiera della nutrizione
La relazione tra alimentazione, microbiota e mitocondri suggerisce un modello nel quale la dieta agisce contemporaneamente su più livelli.
Una dieta ricca e diversificata di alimenti vegetali può fornire:
substrati per il microbiota, attraverso fibre e MACs;
polifenoli e altri composti bioattivi, che possono essere trasformati dal metabolismo microbico;
micronutrienti, indispensabili per numerose reazioni cellulari;
molecole capaci di influenzare il metabolismo energetico e la risposta immunitaria.
Il microbiota trasforma quindi parte di ciò che mangiamo in una sorta di “linguaggio metabolico” che l'organismo può interpretare.
Questa prospettiva contribuisce a spiegare perché due alimentazioni con un apporto calorico simile possano avere conseguenze biologiche differenti.
Il cibo non è soltanto energia.
È anche informazione metabolica.
Dalla visione chimica alla visione clinica della fibra
La moderna nutrizione sta quindi passando da una concezione quantitativa della fibra a una visione più complessa.
Non è sufficiente chiedersi:
“Quanti grammi di fibra contiene questo alimento?”
È necessario chiedersi anche:
“Quali componenti sono accessibili al microbiota?”
“Quali microrganismi possono utilizzarli?”
“Quali metaboliti vengono prodotti?”
“Come reagiscono la barriera intestinale, il sistema immunitario e il metabolismo dell’ospite?”
Queste domande aprono la strada alla nutrizione di precisione, nella quale la risposta individuale a un alimento dipende anche dalla composizione e dalla funzionalità del microbiota.
La ricerca sul microbiota ha infatti mostrato che l'effetto di un determinato carboidrato non è necessariamente identico in tutti gli individui: la capacità di utilizzarlo dipende anche dal patrimonio genetico e metabolico della comunità microbica presente nell'intestino.
One Health: un ecosistema che supera i confini dell’organismo
La prospettiva dell’olobionte si inserisce naturalmente in una visione più ampia di One Health, nella quale salute umana, ambiente, alimentazione e comunità microbiche vengono considerati parti di un sistema interconnesso.
Il microbiota non è statico.
È influenzato dall'alimentazione, dallo stile di vita, dall'ambiente, dai farmaci e da numerosi altri fattori.
Allo stesso tempo, attraverso i suoi metaboliti, contribuisce a modificare il funzionamento dell'organismo ospite.
L'alimentazione diventa quindi uno dei principali strumenti attraverso i quali l'ambiente interagisce con il nostro patrimonio biologico.
In questa prospettiva, la fibra alimentare assume un significato nuovo: non è soltanto una componente dell'alimento utile alla funzione intestinale, ma può rappresentare un substrato attraverso il quale l'organismo comunica con il proprio ecosistema microbico.
Un nuovo modo di considerare la salute
La scoperta del dialogo fra microbiota, mitocondri e cellule umane non significa che ogni malattia possa essere ricondotta alla disbiosi o alla disfunzione mitocondriale.
Il sistema è molto più complesso.
Genetica, età, attività fisica, sonno, stress, farmaci, ambiente e alimentazione interagiscono continuamente. Anche il microbiota è estremamente individuale e dinamico.
La ricerca sta però delineando un modello nel quale genoma umano, genoma mitocondriale e microbioma non possono più essere studiati sempre come compartimenti biologici indipendenti.
Il punto d'incontro è il metabolismo.
E al centro del metabolismo troviamo anche ciò che introduciamo quotidianamente con il cibo.
Per questo la fibra, e in particolare la frazione realmente accessibile al microbiota, può essere considerata uno dei più interessanti strumenti attraverso cui la nutrizione dialoga con la biologia dell'organismo.
La prospettiva dell'olobionte porta così a una considerazione fondamentale: la salute non è soltanto il risultato del funzionamento delle nostre cellule, ma anche della qualità delle relazioni biologiche che quelle cellule mantengono con l'ecosistema microbico che vive con noi.
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