Dalle profondità degli oceani primordiali alle stazioni spaziali in orbita terrestre, la vita microbica ha scelto una forma di organizzazione sorprendentemente efficace: i biofilm. Queste comunità di microrganismi, immerse in una matrice protettiva auto‑prodotta, sono ovunque sul nostro pianeta e rappresentano la modalità di vita dominante per batteri e funghi. Ora, uno studio pubblicato su npj Biofilms and Microbiomes, partner della rivista Nature, mostra come comprenderne il funzionamento sia cruciale anche per il futuro dell’esplorazione spaziale di lunga durata.
Per decenni, i biofilm sono stati considerati soprattutto un problema: un rischio per le infrastrutture e una possibile fonte di infezioni. La ricerca internazionale coordinata attorno alla Nasa Open Science Data Repository ribalta però questa prospettiva, mettendo in luce il ruolo fondamentale che queste comunità microbiche svolgono nel sostenere la salute umana e vegetale, sia sulla Terra sia nello spazio.
I biofilm possono essere descritti come vere e proprie ‘città microbiche’, in cui i microrganismi comunicano, collaborano e si specializzano. All’interno della matrice — composta per lo più da acqua, zuccheri, proteine e Dna extracellulare — queste comunità sono protette dagli stress ambientali e possono gestire in modo efficiente le risorse disponibili. Dal punto di vista evolutivo si tratta di strutture antichissime: già miliardi di anni fa, aggregati microbici simili formavano gli stromatoliti, testimoni delle prime fasi della vita sulla Terra.
«I biofilm sono spesso considerati dal punto di vista delle infezioni e trattati come un problema da eliminare, ma in realtà rappresentano la modalità di vita microbica prevalente che sostiene sistemi biologici sani», spiega Katherine J. Baxter dell’Università di Glasgow, prima autrice dello studio. Una consapevolezza che diventa ancora più rilevante quando questi sistemi vengono sottoposti alle condizioni estreme del volo spaziale.
Oggi, lo stesso principio organizzativo è alla base di microbiomi complessi come quelli che popolano l’intestino umano o la superficie delle radici delle piante. Nell’uomo, i biofilm contribuiscono alla digestione, alla produzione di metaboliti essenziali e alla modulazione del sistema immunitario, aiutando l’organismo a distinguere tra microrganismi benefici e patogeni. Nel mondo vegetale, le comunità microbiche associate alle radici favoriscono l’assorbimento dei nutrienti, migliorano la tolleranza allo stress ambientale e proteggono le piante dalle malattie.
Le condizioni incontrate durante un volo spaziale — microgravità, radiazioni ionizzanti e confinamento — possono però modificare profondamente la struttura e la funzione dei biofilm. Studi condotti sia a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, sia in ambienti sperimentali terrestri, mostrano cambiamenti nell’architettura delle comunità microbiche, nella regolazione genica e nei meccanismi di comunicazione tra cellule. In alcuni casi, queste alterazioni possono compromettere l’equilibrio tra biofilm e organismo ospite, con potenziali conseguenze per la salute degli astronauti.
Samantha Cristoforetti installa l’esperimento Biofilms nel modulo Kubik durante la missione Minerva. L’obiettivo di Biofilms è confrontare il modo in cui i biofilm si formano in condizioni di microgravità, in ambiente liquido, su superfici metalliche inibenti e non inibenti. Crediti: Esa/Nasa/ Roscosmos
Questi studi sono essenziali per la progettazione dei futuri habitat spaziali, dove la convivenza prolungata tra esseri umani e microrganismi dovrà essere gestita con estrema attenzione. «Il volo spaziale offre un banco di prova unico», sottolinea ancora Baxter, «e le evidenze raccolte finora indicano chiaramente che i biofilm devono essere compresi meglio, gestiti in modo più efficace e probabilmente anche ingegnerizzati per salvaguardare la salute durante le missioni spaziali di lunga durata».
Un’attenzione particolare è rivolta alle piante, che saranno un elemento centrale dei sistemi di supporto vitale nelle future missioni sulla Luna e verso Marte. La crescita delle colture spaziali dipende in larga misura dai biofilm che si sviluppano attorno alle radici, responsabili della gestione dell’acqua e dei nutrienti in ambienti chiusi e controllati. Comprendere come queste interazioni vengano influenzate dalla microgravità e dalle radiazioni è essenziale per garantire produzioni agricole affidabili nello spazio.
Per affrontare questa complessità, gli autori propongono approcci multiomici, capaci di integrare dati genomici, trascrittomici e metabolomici, e un modello di scienza aperta basato sulla condivisione globale dei dati. In un contesto in cui gli esperimenti spaziali sono rari e costosi, la collaborazione internazionale diventa infatti uno strumento chiave per massimizzare il valore scientifico di ogni missione.
L’obiettivo è chiaro: studiare i biofilm nello spazio non significa soltanto mitigare rischi, ma aprire nuove opportunità di conoscenza e innovazione. Le intuizioni ottenute oltre l’atmosfera terrestre possono tradursi in applicazioni concrete per la medicina, l’agricoltura e la sostenibilità, in un dialogo continuo tra spazio e Terra che pone al centro una delle forme di vita più antiche — e al tempo stesso più attuali — del nostro pianeta.
Immagine in alto: la piastra sperimentale utilizzata nell’indagine Space Biofilms per studiare come i biofilm si formano e crescono in microgravità. Crediti: Nasa
