Che cosa raccontano i microbi delle città

Le città sono ecosistemi complessi: ospitano un’infinità di esseri viventi, inclusi molti microbi. Questi ultimi lasciano nell’ambiente numerose tracce che possono essere studiate per comprenderne le caratteristiche. Come per il microbiota umano, cioè l’insieme dei microrganismi ospitati nel nostro corpo, anche il microbiota urbano può infatti essere studiato con l’analisi del cosiddetto microbioma, ovvero il patrimonio genetico complessivo di questi microrganismi. La tecnica più usata è la metagenomica, con cui si può analizzare l’insieme del materiale genetico presente in un campione ambientale, senza dover coltivare in laboratorio le singole specie.

L’analisi dei microrganismi presenti in una città può avere diverse applicazioni. Per esempio, consente di individuare tracce di patogeni, varianti virali e geni associati alla resistenza agli antibiotici, quei geni che possono rendere alcuni batteri meno sensibili ai farmaci usati per combatterli. Seguirli nelle acque reflue, sulle superfici urbane o nell’aria permette di osservare dove compaiono e come si distribuiscono.

Queste informazioni possono interessare anche chi progetta gli spazi cittadini, perché aiutano a capire come e dove circolano più facilmente microrganismi potenzialmente pericolosi, aprendo alla possibilità di progettare di conseguenza gli edifici, le strade, i parchi. Per esempio, si può aumentare la ventilazione o scegliere, per le superfici, nuovi materiali progettati per essere antimicrobici, anche se una equilibrata presenza microbica è importante anche negli spazi urbani, per l’equilibrio ecosistemico e anche per la salute.

Ma queste ricerche possono avere anche scopi meno pratici e più conoscitivi. La diversità microbica è infatti in gran parte sconosciuta, e questo vale anche per le popolazioni di batteri, virus, lieviti e funghi che si trovano nelle città. Molti antibiotici e molte molecole usate in medicina derivano da microrganismi e gli ambienti ancora poco studiati possono ampliare il repertorio da cui partire.

Uno dei primi tentativi di mappare il microbioma di una grande città è nato a New York. Christopher Mason, genetista della Weill Cornell Medicine, nel 2015 ha raccontato alla rivista Wired di avere iniziato a pensarci dopo aver visto la figlia mettere in bocca un giocattolo passato da altri bambini. “Mi fece pensare a quali microbi venissero trasferiti”

 spiegò. La stessa domanda poteva essere posta rispetto ai trasferimenti di microbi di una metropoli. Da quella curiosità nacque il progetto PathoMap pubblicati, nello stesso anno, sulla rivista Cell Systems. Il gruppo di Mason aveva raccolto oltre 1.400 campioni dalle stazioni della metropolitana, dal canale Gowanus a Brooklyn e da alcuni parchi pubblici.

Quasi la metà del DNA raccolto non corrispondeva ad alcun organismo noto nei repertori disponibili. Tra le sequenze individuate comparivano quelle di vari tipi di microrganismi: batteri, virus, archei ed eucarioti. Tra i batteri noti, il 57% non era associato a malattie umane; circa il 31% apparteneva a gruppi opportunisti, problematici soprattutto per persone fragili o immunocompromesse; per il 12% vi era qualche evidenza di patogenicità.

I diversi “habitat” della città erano associati a diversi microbiomi. Per esempio, dalle analisi risultò che più una stazione era affollata, più era elevata la sua biodiversità microbica. Una delle stazioni, che era stata allagata 3 anni prima a causa dell’uragano Sandy, conservava tracce genetiche di microrganismi associati ad ambienti marini o acquatici. Quella specificità, secondo gli autori, poteva aprire anche ad applicazioni forensi: il microbioma raccolto da un oggetto o da una superficie può contribuire ad associare un determinato campione a uno specifico luogo.

I ricercatori che hanno creato PathoMap avevano dunque costruito una sorta di prima mappa di riferimento del microbioma urbano di New York e i risultati ottenuti hanno incoraggiato altri scienziati a usare gli stessi metodi per studiare anche altre città.

Sempre nel 2015 è nato MetaSUB, un consorzio internazionale dedicato alla metagenomica delle metropolitane e dei biomi urbani. Le città erano e sono tutt’ora monitorate in molti modi che diamo per scontati, tra cui le condizioni meteo, il traffico, la qualità dell’aria e dell’acqua. L’obiettivo del nuovo consorzio era di studiare in modo analogo e sistematico le comunità microbiche presenti negli ambienti urbani.

Per farlo c’era però bisogno di un coordinamento a livello internazionale e protocolli comuni. Bisognava stabilire in dettaglio come raccogliere i campioni, come conservarli, sequenziarli e analizzarli. Così, il 21 giugno 2016 il consorzio lanciava il primo Global City Sampling Day: gruppi di ricerca in città diverse avrebbero raccolto campioni in metropolitane, autobus, aeroporti e altri spazi pubblici molto frequentati.

Una ricerca importante

Lo studio ha incluso 4.728 campioni, raccolti nel corso di 3 anni nei sistemi di trasporto di 60 città, in 32 Paesi e 6 continenti. I risultati principali, pubblicati nel 2021 sulla rivista Cell, hanno evidenziato che 31 specie erano presenti nel 97% dei campioni e che accanto a questo “nucleo” ricorrente ogni città aveva una propria “firma” microbica riconoscibile. I profili erano abbastanza distinti da permettere di collegare un campione alla città di provenienza. Secondo Mason, il DNA raccolto sulla suola di una scarpa può indicare da quale città arriva una persona con un’accuratezza intorno al 90%!

Come per lo studio su New York, anche in questo caso una parte consistente del materiale genetico urbano non era ancora presente nei database esistenti. Infatti, nei campioni erano state identificate 4.246 specie microbiche già note e oltre 11.000 non note, per la quasi totalità dei casi virus. Comparivano anche 838.532 sequenze CRISPR anch’esse non registrate nei database: brevi tratti di DNA che, nei batteri, possono conservare tracce di precedenti incontri con virus.

Infine, i ricercatori hanno mappato la distribuzione dei geni associati alla resistenza agli antibiotici, mostrando che anche questi marcatori variavano da città a città. I dati hanno permesso di osservare questi segnali anche fuori dagli ospedali, in ambienti attraversati ogni giorno da molte persone.

Da allora lo studio del microbioma urbano si è intensificato. MetaSUB ha continuato ad allargare il campionamento ad altri punti della città: MetaAIR studia gli aerosol urbani, MetaSEW le acque reflue, MetaSTREET i microrganismi presenti nelle caditoie e nei sistemi di drenaggio stradali. Inoltre, vi è MetaCoV, dedicato ai cambiamenti del metagenoma urbano prima, durante e dopo la pandemia e alla possibile presenza di SARS-CoV-2 negli ambienti campionati.

Lo studio del microbioma urbano non si riduce, però, ai patogeni che vogliamo sorvegliare e ai loro meccanismi di resistenza ai farmaci. La stragrande maggioranza dei microrganismi con cui conviviamo è innocua o persino utile. Proprio con l’obiettivo di conoscere meglio queste specie è nato il concetto di città probiotiche.

L’aggettivo probiotico indica, in generale, microrganismi vivi che possono avere effetti benefici per la nostra salute. Per esempio, alcuni yogurt contengono fermenti che non sono distrutti dalla digestione e possono contribuire al microbiota intestinale. Quando parliamo di microbi e città, le cose sono naturalmente più complesse, ma l’idea di fondo è simile: capire se si possano trarre benefici da alcune comunità microbiche o alcune loro funzioni.

Per esempio, nei tetti ricoperti di verde appena costruiti, dove il substrato può essere povero di vita microbica, inoculi di batteri e funghi micorrizici sono stati studiati per favorire la formazione della rete alimentare del suolo e la colonizzazione delle radici. In suoli, sedimenti e acque contaminate, alcuni microrganismi possono contribuire a degradare o trasformare inquinanti in sostanze innocue. Nei materiali da costruzione, ceramiche e cementi inoculati con batteri come Bacillus subtilis sono stati studiati per limitare la crescita di batteri resistenti agli antibiotici. In cortili, sabbiere o spazi verdi scolastici, l’arricchimento con microbiota ambientale più vario è stato proposto per aumentare il contatto dei bambini con la biodiversità microbica, in modo da contribuire a uno sviluppo equlibrato del sistema immunitario.

Non tutti gli studi in corso sono ancora giunti allo stesso livello di maturità: alcuni sono ancora esperimenti di laboratorio, altri piccoli studi sul campo, altri ancora ipotesi da verificare. Tuttavia, per approfondire questa prospettiva è stato costituito il Probiotic Cities Working Group, un gruppo interdisciplinare che riunisce competenze diverse: ecologia, architettura, urbanistica, immunologia, microbiologia, scienze sociali, progettazione, salute pubblica e amministrazione urbana. Nel 2025 il gruppo ha pubblicato sulla rivista mSphere un articolo con 40 domande prioritarie a cui la ricerca deve rispondere per capire come idee di questo tipo possano diventare praticabili.

Le domande riguardano, per esempio, come misurare il successo di un intervento, quali standard servano per confrontare gli esperimenti, quanto durino gli effetti, che cosa succeda ai microrganismi introdotti quando incontrano le comunità già presenti, quali rischi ecologici o sanitari vadano considerati e come comunicare al pubblico questi progetti senza creare aspettative o timori esagerati.

In questo senso, le “città probiotiche” sono ancora un cantiere di ricerca. Secondo gli autori, però, chiarire meglio metodi, rischi e obiettivi potrebbe aiutare a capire se questa prospettiva potrà contribuire a progettare città più sostenibili, inclusive e capaci di tenere conto anche delle dinamiche dei sistemi naturali.