Lumache di mare contro il diabete

Chi vorrebbe giocare con un animale velenoso come quelli che si trovano in Australia e paesi limitrofi? Probabilmente nessuno… tranne gli scienziatimatti di oggi, i quali si sono imbattuti in una lumaca di mare dall’apparenza innocua, ma che nasconde un’arma pericolosissima: non appena un ignaro pesce le passa accanto, il mollusco gli getta addosso una sostanza paralizzante e se lo mangia.

A sinistra vediamo la lumaca Conus geographus e due altre lumache della stessa specie. A destra la mappa delle Filippine con i punti in cui le lumache sono state raccolte (Ahorukomeye et al. 2019)

La lumaca scatena nel pesce un coma ipoglicemico, lo stesso che colpisce i diabetici se prendono troppa insulina.

L’insulina è l’ormone che regola la quantità di glucosio nel sangue (la glicemia) ed abbiamo già parlato qui di come il glucosio sia la principale fonte di nutrimento delle nostre cellule. Appena mangiato abbiamo glucosio in abbondanza ed il corpo produce insulina. Le cellule con le antenne (recettori) adatte a captare l’insulina sentiranno questo messaggio: “C’è un sacco di cibo! Presto, riempite le dispense!”.

La glicemia si abbasserà fino all’arrivo del secondo ormone, il glucagone, che dirà alle cellule di smettere di rimpinzarsi.
Un difetto molto conosciuto di questo sistema è il diabete. Esistono tre tipi di diabete:

  • Tipo 1: il pancreas, organo incaricato di produrre l’insulina, smette di generare l’ormone;
  • Tipo 2: le nostre cellule diventano “assuefatte” all’insulina ed hanno bisogno di dosi sempre maggiori di ormone;
  • Diabete gestazionale: una forma transitoria di diabete che si verifica nelle donne in gravidanza.

Quasi sempre l’unica cura possibile consiste nell’iniettarsi insulina in corrispondenza dei pasti.

L’insulina non agisce istantaneamente, ma dall’iniezione al momento in cui si abbassa la glicemia c’è un ritardo di circa 15 minuti.

In più, l’insulina non ama essere prigioniera di un recettore, così appena viene legata fa di tutto per staccarsi e disattivare il recettore. Questo meccanismo, detto cooperazione negativa, impedisce che la risposta all’insulina duri troppo a lungo e diventi quindi dannosa. Infatti se la glicemia si abbassa troppo, il corpo “va in stand-by” per ridurre la consumazione energetica, e si cade così in coma.

Ma torniamo a Conus geographus. Le lumache sono conosciute per la loro lentezza, mentre i pesci sono in genere agili e scattanti (qualcuno ha mai provato ad acchiappare un pesce con un retino al mare?).

Quindi per avere una minima speranza di catturare un pesce, la nostra amica Conus avrà bisogno di un’arma ultra-rapida. L’insulina non risponde certo a questi requisiti visto che impiega 15 minuti per entrare in azione!

Il “veleno” prodotto dalla lumaca è però talmente simile alla nostra insulina da essersi guadagnato il nome di Con-insulina (Con perché prodotta da Conus). A differenza della nostra insulina, la Con-insulina:

  • ha un effetto immediato sulla glicemia.
  • Ha un effetto più potente. Ecco perché i pesci cadono istantaneamente in coma. Questo potrebbe significare che la nuova insulina non soffre di cooperazione negativa, ma resta legata più a lungo ai recettori.

La Con-insulina potrebbe ispirarci nella ricerca di terapie più efficaci per i diabetici!

Oltre che ringraziare i ricercatori, dobbiamo delle scuse a Conus geographus e a tutti gli animali velenosi che nonostante la nostra reticenza ad incontrarli ci offrono spunti per migliorare la nostra salute! 🙂



Qui il link alla ricerca originale:

https://elifesciences.org/articles/41574

Annunci

Piccoli alleati per combattere i tumori

Abbiamo già sentito parlare dei batteri, quegli esserini a volte patogeni (che ci fanno cioè ammalare se li incontriamo) e a volte invece innocui o addirittura utili come quelli che ci aiutano a digerire il cibo (il microbiota nell’intestino!).

Per difendersi da altri microorganismi o semplicemente come scarto del loro metabolismo, alcuni batteri producono sostanze con effetto antitumorale. In genere però ne producono in quantità minuscole, non sufficienti per eventuali terapie nell’uomo. Queste sostanze vengono quindi riprodotte in laboratorio per essere usate nelle chemioterapie (ebbene sì, tanti farmaci li abbiamo solo copiati dalla natura, non li abbiamo inventati noi!).

Un’altra caratteristica interessante dei batteri è la loro capacità innata di intrufolarsi nei tumori e di crescere al loro interno. Questo può dipendere da vari motivi, tra cui:

  • i tumori potrebbero proteggere i batteri dal nostro sistema immunitario, il quale normalmente gli da la caccia.
  • Spesso nei tumori c’è poco ossigeno e batteri anaerobi (che crescono cioè in assenza di ossigeno) potrebbero trovarvi quindi una casa accogliente.

La trovata geniale: i batteri potrebbero essere utilizzati come veicoli per trasportare farmaci dentro i tumori. Basterebbe trovare un modo per fargli produrre più sostanze antitumorali. Se questo trucco funzionasse, diventerebbe possibile produrre chemioterapici direttamente dentro il tumore, riducendo quindi gli effetti collaterali ed aumentando l’efficacia dei trattamenti.

Degli scienziati matti hanno deciso di testare questa ipotesi avvalendosi di un batterio comunissimo che non causa malattie nell’uomo: l’Escherichia coli (per gli amici, E.coli). Questo batterio genera ossido nitrico (formula chimica: NO), una sostanza capace di uccidere alcuni tipi di cellule tumorali.

Per l’incursione in territorio tumorale, gli E.coli sono stati equipaggiati con armi potenti: sono stati rivestiti di nanoparticelle che si attivano con la luce ultravioletta e rilasciano energia che può essere utilizzata dai batteri stessi per aumentare il loro metabolismo e produrre più ossido nitrico.

(A) Rappresentazione della produzione dei batteri armati di nanoparticelle. (B) Immagine al microscopio elettronico di un’E.coli (arancione) coperta di nanoparticelle (viola).
Da Zhen et al. 2018

I mini-soldati sono stati iniettati in topi malati di cancro con risultati stupefacenti: andando alla ricerca di un ambiente senza ossigeno, gli E. coli sono riusciti a penetrare proprio nel cuore del tumore, dove le chemioterapie classiche a volte non riescono ad arrivare. Da lì hanno ucciso le cellule malate a colpi di ossido nitrico!

Qui è stata usata una sostanza che emmette luce verde quando manca ossigeno (situazione detta ipossia o, in inlglese, hypoxia, che è l’opposto di normoxia). Nell’immagine vediamo che i batteri (in rosso) si accumulano solo dove manca ossigeno. Da Zhen et al. 2018.

In questo grafico possiamo vedere come il tumore abbia smesso di crescere grazie ai batteri armati (CCN@E.coli).

Sulle X vediamo il tempo che passa. Sulle Y le dimensioni del tumori. Vediamo che il tumore trattato con batteri armati (E.coli @CCN), la linea nera, non aumenta di dimensioni. Le tre stelline a destra significano che la linea rossa e la linea nera sono statisticamente diverse, cioè l’esperimento è riproducibile. Da Zhen et al. 2018.

Il rischio più grande di un simile trattamento è che il nostro corpo scopra gli E.coli e decida di attaccarli in quanto invasori. L’attacco può danneggiare anche le nostre cellule scatenando una setticemia, una grave infiammazione estesa a tutti gli organi che ci può far morire.

Nessuno dei topi trattati ha però avuto febbre, né altri segni di infiammazione. Quindi pare che i batteri scelti dai ricercatori siano abbastanza tollerati dal corpo!

Forse i lettori più attenti lo avranno già notato: il tumore purtroppo non scompare del tutto, ma già il fatto che smetta di crescere è un grande traguardo.

In ogni caso questa ricerca ci mostra ancora una volta quanti ricercatori siano impegnati nella battaglia contro il cancro e quanto la fantasia sia utile nello sviluppare nuove terapie.



Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/bqHQc

Fuuu…sion!

Le nostre cellule sono specializzate nel ricavare energia da uno zucchero, il glucosio: appena ne trovano un po’ lo digeriscono in un processo detto glicolisi dal quale ricavano 2 ATP, l’unità di misura dell’energia nel nostro corpo (un po’ come i kilowatt che usiamo per l’elettricità). Quello che resta alla fine della glicolisi viene portato ai mitocondri, gli organelli-centrali energetiche, che digeriscono questo “scarto” inserendolo nel ciclo di Krebs. Con questo ulteriore passaggio otteniamo altri 32 ATP!

I mitocondri funzionano solo se c’è ossigeno; infatti tutto il processo di produzione di energia che passa per i mitocondri è anche chiamato respirazione cellulare.

Nonostante sia estremamente conveniente usare i mitocondri (ci danno un sacco di ATP in più partendo dalla stessa quantità di nutrimento!), alcune cellule del nostro corpo a volte decidono di non usarli. Le cellule muscolari per esempio, durante uno sforzo intenso, non ricevono abbastanza ossigeno dal sangue e devono quindi accontentarsi di fare la glicolisi, generando un debito di energia che colmeranno non appena riavranno il prezioso gas.

I tumori usano molta più energia delle cellule sane perché si dividono molto più velocemente. Eppure sembra che le cellule tumorali decidano di fermarsi alla glicolisi, ricavando così meno energia dal glucosio, il ché le costringe a mangiarsi quantità molto più elevate di glucosio rispetto alle cellule sane.

Questo apparente paradosso (abbiamo già visto altri paradossi!) è conosciuto come Effetto Warburg dal nome del medico che lo ha descritto per primo.

La famosa PET è un esame che si basa proprio sull’effetto Warburg e permette di trovare tumori e metastasi semplicemente cercando le cellule che si mangiano più glucosio del dovuto.

Warburg ipotizzò che i tumori si fermassero alla glicolisi per via di carenze di ossigeno o per difetti ai mitocondri. Oggi sappiamo che in realtà le cellule tumorali spesso hanno ossigeno a disposizione e mitocondri sani, pertanto non interrompono il ciclo di Krebs, anzi, ne fanno di più! La glicolisi però aumenta in maniera più drastica, generando un accumulo di prodotti intermedi che i mitocondri non hanno tempo di usare.

I ricercatori del nostro articolo odierno hanno osservato che cellule in procinto di dividersi (le cellule tumorali, per esempio) hanno mitocondri più grandi di cellule che non si dividono.


A sinistra, foto di cellule in cui i mitocondri sono stati colorati in rosso ed i nuclei in blu. Negli ingrandimenti dentro i riquadri bianchi vediamo che i mitocondri di cellule in proliferazione diventano più lunghi. La linea bianca in basso corrisponde a 20 μm. Per avere una risoluzione maggiore (stavolta la linea bianca corrisponde ad 1 μm!) , le stesse cellule sono state osservate con un microscopio elettronico (immagini a destra) e di nuovo vediamo che i mitocondri (i fagioli indicati dalle frecce gialle) sono più grandi nelle cellule in divisione.

È noto che i mitocondri possono fondersi tra di loro diventando più grandi, probabilmente per produrre più energia. Gli scienziati hanno allora provato ad impedire la fusione dei mitocondri e… sorpresa: la proliferazione delle cellule diminuiva nonostante una aumentata produzione di energia!

Com’è possibile?

Abbiamo detto che i mitocondri usano ossigeno. Ogni volta che si maneggia ossigeno si finisce inevitabilmente per produrre delle sostanze pericolose: i radicali liberi. I mitocondri però sono delle centrali niente male ed hanno dei protocolli per smaltire le scorie pericolose.

Guardando alla capacità di smaltimento delle scorie, i nostri eroi hanno scoperto che mitocondri più grandi sono più bravi a smaltire i radicali liberi.


L’idea dei ricercatori è la seguente: quando c’è bisogno di tanta energia e quindi i mitocondri lavorano tanto, questi si fondono per contrastare l’aumento di radicali liberi. Se si blocca la fusione mitocondriale, la cellula produce sì tanta energia, ma accumula tanti radicali liberi e quindi si fa del male da sola.

Si tratta perciò di un equilibrio: la cellula vuole produrre energia in maniera efficiente nei mitocondri, ma ciò comporta un accumulo di scorie. Quindi troppa respirazione cellulare può essere dannosa e la fusione mitocondriale potrebbe essere un nuovo tallone d’Achille dei tumori!


Qui il link alla ricerca originale: https://elifesciences.org/articles/41351

Reticolo endoplasmatico: non emmental, bensì groviera

Ne “La lettera rubata”, Edgar Allan Poe (attenzione spoiler!! Se volete leggere la storia prima di proseguire cliccate qui) ci racconta di una lettera che è stata rubata e nascosta così bene che nessuno riesce più a ritrovarla. Finalmente una persona fuori dal comune, un detective che potremmo considerare matto, viene a capo del mistero: la lettera era stata impilata insieme al resto della corrispondenza in bella vista nell’ufficio del ladro, un nascondiglio tanto semplice quanto geniale perché sotto gli occhi di tutti!

Come il detective della storia, gli scienziati matti di oggi hanno scoperto un segreto che le scaltre cellule ci nascondevano da quasi 75 anni!

Le cellule hanno dei mini-organi, detti organelli, ognuno dei quali assolve ad un compito preciso. L’organello più grande della cellula è il reticolo endoplasmatico, incaricato di costruire le proteine. Per costruire una proteina la cellula apre le istruzioni (il DNA custodito nel nucleo), le copia su un RNA messaggero (mRNA), e le porta al reticolo endoplasmatico dove comincia l’assemblaggio delle proteine.

Il reticolo endoplasmatico è stato scoperto nel 1945, più o meno la preistoria per una scienza giovane come la biologia, e da allora abbiamo scoperto praticamente tutto sul suo conto: esistono il reticolo endoplasmatico rugoso, dove i ribosomi fanno la sintesi proteica, e quello liscio, senza ribosomi. Nel reticolo ci sono aree piatte dette cisterne, aree composte da grovigli di tubi (i tubuli), e piccole bolle (vescicole) sparse qua e là.

Reticolo endoplasmatico di una cellula. Già in pochi secondi di filmato ci accorgiamo di quanto l’organello sia dinamico (Schroeder et al. 2019).

Grazie alla microscopia a super-risoluzione (tecnica premiata col nobel per la chimica nel 2014) sappiamo che il reticolo endoplasmatico è estremamente dinamico: le cisterne possono trasformarsi in tubuli, i tubuli si allungano e si disfanno in continuazione, mentre le vescicole si fondono a tubuli e cisterne e tutti questi movimenti sono necessari per il corretto funzionamento del reticolo.

Eppure in questo organello si celava un segreto, proprio lì in bella vista davanti ai nostri occhi!

Sono serviti degli scienziati matti per scoprire che le cisterne non sono in realtà aree così piatte, ma bensì hanno più buchi di un groviera! Crateri microscopici, che si aprono e si chiudono in continuazione e che nessuno aveva mai notato prima!

In questo video vediamo un ingrandimento di un’area piatta del reticolo endoplasmatico (una cisterna). Nonostante il video duri solo un secondo, vediamo già un sacco di buchi piccolissimi che si aprono e si chiudono (Schroeder et al. 2019).

Intorno a questi buchi c’è  una proteina capace di curvare le membrane: Rnt4. Se Rtn4 viene eliminata dalle cellule, improvvisamente tutti i mini-buchi del reticolo endoplasmatico scompaiono.

Immagine del reticolo endoplasmatico (la proteina Sec61, in viola, è stata utilizzata per colorare l’organello e renderlo visibile). Grazie all’altissima risoluzione dell’immagine possiamo vedere i piccoli buchi (quelli del video sopra) circondati dalla proteina Rnd4 (colorata di verde). (Schroeder et al. 2019)

A cosa servono questi mini-buchi? Affinché il reticolo endoplasmatico possa muoversi, bisogna che la sua membrana venga tirata e rimodellata in continuazione.

Attaccandosi alla membrana del reticolo endoplasmatico, proteine come Rnd4 inducono una deformazione della membrana stessa.

Questi movimenti sono resi possibili proprio da proteine come Rtn4 che attaccandosi ad una membrana la piegano, generando un’increspatura che può diventare un tubulo o una vescicola. Ma il reticolo vuole mantenere il controllo su quando piegarsi. Allora, per fare stare buone tutte le Rtn4, le mette a costruire questi mini-buchi. Il vantaggio è che così facendo, il reticolo potrà accumulare tantissime Rnd4 senza essere obbligato a deformarsi. Quando decide di cambiare forma, avrà il suo esercito di proteine piegatrici già sul posto che in un batter d’occhio assolveranno al loro compito.

Chissà quanti altri segreti ci stanno nascondendo le cellule. Per fortuna esistono persone capaci di guardare il mondo con occhi sempre nuovi che ci aiuteranno a scoprirli!

” Egli è poeta e insieme matematico. E come poeta e
matematico, ha dovuto ragionare a dovere. Se fosse stato soltanto matematico, non avrebbe fatto
che una parte soltanto del ragionamento necessario. “

E. A. Poe

Qui il link alla ricerca originale: http://jcb.rupress.org/content/218/1/83

Mi sono ricordato di dimenticarmi una cosa!

Ben ritrovati su Scienziatimatti, pronti per un 2019 ricco di scienza!!

Quanti ricordi ci ha lasciato il 2018? Eeee, domanda più strana, quanti ricordi ci siamo scordati nel 2018?

Pensando all’anno appena trascorso ricorderemo forse i momenti più emozionanti, più tristi, o più felici, insomma, le cose più importanti. Se archiviassimo semplicemente tutto quello che ci capita usando il nostro cervello come un computer qualunque, come potremmo sapere quali cose sono importanti e quali non lo sono? Questo è ciò che si sono chiesti gli scienziati matti di oggi!

La domanda: dimenticare è fondamentale quanto apprendere. Ma come fa il nostro cervello a dimenticare le cose?

Dei topolini sono stati addestrati a nuotare in una vasca verso un’isoletta a pelo d’acqua (quindi nascosta alla vista dei nuotatori). Dopo qualche giorno di addestramento, l’isoletta è stata spostata dalla parte opposta della vasca. Messo il costume da bagno, i topi si dirigono verso l’isola, ma non la trovano. Pensando di averla mancata magari di qualche centimetro, nuotano un po’ intorno alla zona. Quando capiscono che l’isola non c’è più, iniziano a nuotare a caso alla ricerca di un’altra isola. Ma alcuni topi apparentemente normali e perfettamente in grado di imparare dove fosse l’isoletta, non si arrendono e continuano a nuotare nello stesso punto perché troppo convinti di ricordarsi che l’isola era proprio lì. Questi topi non sono testardi; sono incapaci di scordarsi le cose!!

Il meccanismo: grazie all’endocitosi è possibile regolare la plasticità sinaptica. Vediamo insieme cosa vuol dire.

Il recettore chiuso non fa passare lo ione Ca2+ (Calcio), quindi la cellula (gialla) resta con le cariche negative al suo interno. Quando il recettore si apre, il Ca2+ entra provocando un cambio di potenziale, un po’ come quando cambiamo l’orientamento di una pila. Il segnale per aprire le porte arriva dalla cellula rosa. L’insieme delle due cellule forma la sinapsi.

Nel nostro cervello ci sono miliardi di cellule chiamate neuroni che hanno delle braccia lunghissime, i dendriti e gli assoni, con le quali toccano altri neuroni stabilendo così dei contatti detti sinapsi. Su ogni sinapsi ci sono delle porte, dei recettori, che aprendosi fanno entrare il Calcio, un elemento chimico che porta con sé due cariche elettriche positive (Ca2+). La cellula che ha aperto le porte si caricherà generando uno stimolo elettrico.

Le sinapsi che usiamo più spesso sono più efficaci di altre. Per esempio la sinapsi che si accende quando ci chiedono il nostro nome sarà iper-veloce, mentre quella che si accende quando ci chiedono il nome del gatto del nostro vicino di casa sarà un po’ più lenta. Però se i vicini di casa vanno in vacanza e per una settimana dobbiamo occuparci di tale gatto chiamandolo 50 volte al giorno, la sinapsi che ci ricorda il nome del felino diventerà più rapida. Questa capacità si chiama plasticità sinaptica e dipende da quante porte (recettori) ci sono sulla sinapsi.

Abbiamo già visto qui che i recettori possono essere spenti e trasportati dentro la cellula grazie all’endocitosi.

I ricercatori hanno visto proprio questo: i topi che non riuscivano a scordarsi la posizione dell’isola nascosta erano privi di una proteina, la sinaptotagmina 3, che serve per endocitare i recettori delle sinapsi, quindi le loro sinapsi restavano affollate di recettori accesi.  

Probabilmente (ma questo è ancora da verificare), meccanismi simili sono alla base dei disturbi post-traumatici da stress dove una persona che ha vissuto un grande shock non riesce a dimenticare la situazione e resta costantemente stressata ed ansiosa.

Ecco come l’endocitosi può controllare la plasticità sinaptica per farci scordare le cose e far funzionare meglio il nostro cervello!


Qui il link alla ricerca originale: http://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaav1483

Lo conosci Ted??

Chi si è mai trovato a cercare i propri amici in un luogo affollato come per esempio i negozi il 24 dicembre o un concerto con centinaia o migliaia di persone? I cellulari non funzionano, tutto intorno abbiamo sconosciuti che ci bloccano il passaggio… insomma non è per niente facile!

Persone in arrivo al concerto dei Rolling Stones di luglio 2017 a Lucca (foto de Il Corriere Fiorentino)

Adesso immaginiamo di essere una proteina dentro una cellula. Dobbiamo trovare i nostri compagni perché le proteine funzionano spesso in gruppo… ma se il concerto di cui sopra era affollato, l’interno della cellula è una bolgia infernale! Ci sono 10 miliardi (10.000.000.000) di proteine!!

Simulazione che mostra l’affollamento delle proteine all’interno di una cellula.

Ecco quindi la domanda che si sono posti i ricercatori protagonisti del nostro articolo odierno: come può fare una povera proteina a trovare i suoi compagni in mezzo a questo marasma?

In ogni articolo scientifico si parla di interazioni tra proteine come se fossero la cosa più naturale del mondo, quindi ci deve essere un modo semplice per far incontrare le proteine giuste tra di loro.

La risposta fino a ieri: all’interno della cellula ci sono gli organelli, spazi delimitati da membrane dove determinate proteine si concentrano in modo che si possano incontrare più facilmente; un po’ come se al concerto ci fosse un tendone chiuso dove solo chi ha il pass speciale può entrare.

La nuova risposta: in più ai compartimenti già conosciuti, esiste un nuovo organello che non è delimitato da nessuna membrana, il granulo TIS il quale deve la sua esistenza ad una proteina che per ora chiameremo Barney. Barney è amico di Ted ed in mezzo alla folla picchietta sulla spalla di una bella proteina che starebbe proprio bene con Ted. Questa si gira e Barney le chiede: “lo conosci Ted?”. Senza l’intervento dell’amico Barney non ci sarebbe mai stato l’incontro tra Ted e la bella proteina in quella confusione.

Barney in realtà si chiama TIS11B mentre il nostro Ted è un mRNA, ovvero un filamento su cui sono scritte le istruzioni per assemblare delle proteine. TIS11B gira in coppia con l’mRNA ed appena vede la proteina che gli serve, ci si attacca. Proteina, mRNA, e TIS11B si troveranno a questo punto in uno spazio preciso seppur non delimitato da membrane. Questo spazio prende il nome di TIGER in quanto è formato da Granuli TIS vicino al Reticolo Endoplasmatico (abbreviato ER, è l’organello incaricato di leggere gli mRNA per produrre proteine), e lo possiamo vedere in questa immagine:

Print
In verde vediamo il Reticolo Endoplasmatico (ER) ed in rosso il nuovo organello senza membrana, TIGER.

Ora che abbiamo svelato l’identità di Barney e di Ted non ci resta che capire chi è la bella proteina che incontrerà l’mRNA: TIS11B seleziona varie proteine transmembrana (che attraversano cioè una membrana da una parte all’altra come le integrine). Una di queste è PD-L1, oggetto delle ricerche sull’immunoterapia dei dottori Allison ed Honjo, premi Nobel per la medicina 2018!

Purtroppo servirebbe un altro articolo per capire a cosa serve PD-L1, ma per ora accontentiamoci di sapere che il nuovo organello TIGER la fa funzionare meglio.

Già di per sé poter dire di aver scoperto un nuovo organello è incredibile.. è un po’ come se qualcuno domani scoprisse un nuovo organo nel corpo umano! Per di più questa scoperta potrebbe contribuire a rendere ancora più efficaci le immunoterapie!


Qui il link alla ricerca originale:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31315-1#secsectitle0010

Eee… usiamo questo ultimo post del 2018 per farvi gli auguri di Buon Natale e felice anno nuovo!!

Dimmi cosa mangi…

Ultimamente si fa un gran parlare del microbiota, una parola strana che sta ad indicare tutti i microorganismi che vivono nel nostro intestino e che ci aiutano a digerire quello che mangiamo.
Questi microrganismi sono numerosi almeno quanto le cellule del nostro corpo. Quindi noi conteniamo in ugual numero cellule batteriche e cellule umane!

I nostri batteri intestinali si nutrono di sostanze che noi da soli non riusciremmo a digerire ed in cambio scompongono il cibo in modo da renderci più facile l’assorbimento di sostanze nutritive. Questa situazione rappresenta un win-win per noi e per i batteri e questo in biologia viene definito simbiosi.

Probabilmente abbiamo sentito dire che alcuni hanno un microbiota “migliore” di altri che non li fa ingrassare o che non li fa ammalare.
La ricerca in questo ambito è ancora poco matura, ma sicuramente le premesse sono interessanti. Ci sono tanti punti oscuri nello studio della flora intestinale. Per esempio, da dove arrivano questi batteri? Come mai non abbiamo tutti lo stesso microbiota?

Un gruppo di ricercatori ha dunque pensato di confrontare persone con stili di vita e diete radicalmente diverse: un gruppo di italiani di Bologna ed un gruppo di cacciatori-raccoglitori africani, gli Hazda.

tanzania1.png
Gli Hazda vivono nella magnifica Tanzania e si nutrono principalmente di carne (cacciagione), miele, baobab, bacche, e tuberi.

A Bologna i baobab non sono molto frequenti (o almeno non ne ho visti molti l’ultima volta che ci sono stato!), mentre abbondano tortellini e piadine, insieme a tanti altri prodotti tipici della cucina occidentale.

Incredibilmente si è scoperto che il microbiota degli Hazda contiene molte più specie del microbiota italiano! Ma le differenze non finiscono qui: negli Hazda non ci sono tracce di Bifidobatterio, che noi consideriamo fondamentale al punto da assumerlo con gli integratori se ci manca. Inoltre gli Hazda hanno vari batteri del ceppo Treponema, che noi associamo generalmente a malattie come la sifilide!

Ogni tipo di batterio predilige alcuni alimenti, per esempio il Bifidobatterio è ghiotto di latte, mentre Treponema può prendere le sua energia dalle fibre delle piante.
Gli Hazda non hanno latte nella loro dieta, quindi il Bifidobatterio nel loro organismo non trova il nutrimento adatto e se ne va (o magari non ci arriva proprio.. Questo resta da investigare!). Per il Treponema invece i ricercatori avanzano un’ipotesi interessante: le fibre non sono normalmente digerite dall’uomo, ma Treponema scomponendole per mangiarsele, ce le rende parzialmente accessibili. Questo significa che a differenza di noi italiani, gli Hazda potrebbero ricavare energia dalle piante. Tutto questo senza sviluppare nessuna malattia generalmente collegata a Treponema!

Ecco che la grande adattabilità dell’uomo non dipende solo dalle differenze nel nostro DNA (!), ma anche dai batteri che attraverso la dieta ci scegliamo come collaboratori!


Qui il link alla ricerca originale: https://www.nature.com/articles/ncomms4654

I droni di Madre Natura

L’articolo di oggi parla di intrepidi avventurieri che sono stati intervistati da un gruppo di scienziati abbastanza pazzi da andarli a cercare fino in capo al mondo. Gli avventurieri che hanno rilasciato l’intervista non sono però umani… sono colibrì!

Con le loro 337 specie diverse, i colibrì conquistano vari record come per esempio quello degli uccelli più piccoli del mondo.  Nonostante siano bersaglio di facili ironie per le loro dimensioni ridotte, i colibrì non si lasciano certo scoraggiare, anzi sono capaci di imprese epiche come migrazioni di 800 e più chilometri utilizzando poco più di 1 grammo di grasso come carburante (che è comunque il 50% del loro peso).

 

I colibrì sono famosi per la loro abilità unica tra gli uccelli di restare sospesi in aria, come fanno per esempio le api di fronte ai fiori.

rstb20150387-g2-1
Un colibrì che si scuote dall’acqua piovana per poter continuare a volare. Ortega-Jimenez et al. 2016

Possono pesare tra i 3 ed i 20 grammi (per avere un’idea: una moneta da 1€ pesa 7.5 grammi!), ma non hanno problemi a volare quando c’è un vento che soffia a 35 km/h (mare Forza 4) o quando è in corso un acquazzone. Per evitare di farsi inzuppare dall’acqua che li appesantirebbe, i colibrì si scuotono continuamente, asciugandosi pur restando sotto la pioggia. 

Ma ancora più sbalorditiva è la loro agilità, detta più tecnicamente manovrabilità: a velocità di oltre 50 km/h i colibrì riescono a cambiare direzione, a virare, a salire o scendere con una facilità da fare invidia a qualunque pilota di astronavi di Star Wars.

I ricercatori protagonisti dell’articolo di oggi hanno studiato proprio questa capacità dei colibrì. Per farlo sono andati negli habitat naturali degli uccelli e li hanno filmati in 3D. Per studiare la manovrabilità, le possibili manovre aeree sono state divise in tre grandi classi:

  • Traslazioni = accelerazioni, decelerazioni
  • Rotazioni del corpo = piegare il corpo in avanti o indietro, a destra o a sinistra, come per l’appunto fa un drone quando deve andare avanti, indietro, a destra o a sinistra (per gli ingegneri: Roll, Pitch, Yaw)
  • Inversioni complesse = brusche inversioni di rotta (una specie di giravolta in aria) o lunghi archi per curvare verso destra o verso sinistra.

Si è così scoperto che:

  • specie diverse sono specializzate in acrobazie diverse , quindi guardando le acrobazie si può capire di che specie sia il colibrì che stiamo guardando.
  • Specie più grandi fanno traslazioni e rotazioni più veloci.Questo non per via del peso maggiore, come si potrebbe pensare intuitivamente; infatti all’interno della stessa specie gli individui più grassottelli sono svantaggiati.
  • Il vero segreto sta nei muscoli più sviluppati ed ali più grandi propri delle specie mediamente più grandi. Tutto questo apparato permette ai colibrì di battere le ali anche 50 volte al secondo, rendendoli gli uccelli più agili del pianeta.

Le potenzialità dei colibrì sono sempre più fonte di ispirazione per gli ingegneri che vorrebbero costruire dei droni perfetti come quelli di madre natura. Per migliorare ancora bisognerà continuare a studiare le capacità aerodinamiche di questi uccelli e magari integrare con una comprensione delle astuzie energetiche che permettono ad esserini così piccoli di immagazzinare energie sufficienti ad affrontare le loro lunghissime migrazioni.


Qui il link alla ricerca originale, che si è anche guadagnata la cover di Science di febbraio 2018: http://science.sciencemag.org/content/359/6376/653/tab-pdf

 

Il senso del tatto delle cellule

Abbiamo già visto qui che le cellule possono leggere le proprietà fisiche del loro habitat.
Come? Proviamo a toccare un oggetto. Nell istante in cui le nostre dita lo sfiorano, il nostro cervello elabora informazioni circa la sua temperatura, consistenza (rigido o soffice), fattezza (liscio o rugoso) ed altro ancora. Questo grazie ad una miriade di sensori tattili presenti sulle nostre dita che trasformano l’informazione in un segnale biochimico o elettrico interpretabile dal cervello.
Anche le cellule hanno dei sensori sulla loro pelle (la membrana plasmatica) che convertono gli stimoli in segnali biochimici o elettrici.
Quando si parla di segnali bisogna capire due cose:

  • Come si attiva il segnale? Ogni sensore è attivato da uno stimolo diverso (temperatura, rigidità, …).
  • Come si spegne il segnale? I sensori vengono portati all’interno della cellula tramite un processo chiamato endocitosi. Dato che lo stimolo attivatore è fuori dalla cellula, portando dentro il sensore fermerò il segnale!

L’articolo di oggi è un lavoro di un autore del blog e parla di come le cellule possono interpretare la rigidità!
I sensori incaricati di “leggere la rigidità” sono le integrine, proteine transmembrana, che spuntano un po’ all’interno e un po’ all’esterno della cellula. Le integrine toccano tutto quello che sta intorno alla cellula e quando trovano una cosa che gli piace, ci si aggrappano. Parte il segnale. La cellula prova a spegnerlo facendo rientrare l’integrina tramite endocitosi. Una proteina flessibile, la clatrina, si attacca alla membrana plasmatica piegandola verso l’interno. Vediamo due scenari possibili:

  • Superficie rigida: le integrine arrivano in massa, si aggrappano con tutta la loro forza e riescono a contrastare le clatrine che arrivano sempre più numerose. Si crea una placca di clatrina, un pezzo di membrana che non ce la fa a curvarsi e resta piatto. Altri sensori arrivano sulla placca convinti di venire endocitati, ma invece restano lì, accesi. Tra questi c’è il recettore del fattore di crescita EGF (EGFR) che quando è acceso dice alla cellula di proliferare. Molti tumori insorgono perché il segnale di EGFR non viene spento e le placche di clatrina potrebbero essere uno dei tanti modi che i tumori usano per lasciare acceso EGFR.
  • Superficie soffice: le integrine si aggrappano alla superficie esterna, ma la clatrina tira e la superficie esterna si piega fino a spezzarsi. L’integrina finirà col trovarsi dentro una bolla completamente ripiegata verso l’interno della cellula. La clatrina ha vinto, l’integrina viene endocitata.

modello

stiff-soft
A sinistra, una cellula su una superficie rigida. Le grosse macchie bianche sono placche di clatrina. A destra, una cellula su una superficie soffice. Ogni puntino che scompare coincide con un evento di endocitosi (la clatrina che vince).

EM
Le stesse cellule del video qua sopra (sinistra: superficie rigida; destra: superficie soffice) osservate al microscopio elettronico. Le placche di clatrina sono state colorate in giallo.

Le placche di clatrina non hanno però un ruolo puramente malvagio. Le cellule dell’osso vivono in un ambiente molto rigido ed infatti hanno le placche di clatrina, ma hanno imparato ad usarle per i loro scopi, senza necessariamente trasformarsi in tumori. Altre cellule invece (nel fegato, per esempio) passano tutto il tempo in ambienti soffici e se la rigidità del loro ambiente aumenta, formano placche di clatrina che inviano segnali di proliferazione. Se le cellule non imparano a controllare tali segnali, si può creare un tumore.
Capire come controllare le placche di clatrina potrebbe darci nuove armi per combattere i tumori e con questo lavoro speriamo di aver stimolato la curiosità dei ricercatori nei confronti di queste strutture 🙂


Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/ba6RO

La scienza degli X-Men – Speciale Lucca Comics&Games 2018

La pelle impenetrabile di Colossus

Lucca Comics and Games in qualche modo influenza tutti i lucchesi, anche quelli che come noi non sono grandi appassionati di fumetti e manga. Forse per via di questo richiamo della nostra terra natia, ci sembrava quasi doveroso portare alla luce i numerosi legami tra scienza e fumetti.
Un fisico irlandese (Barry Fitzgerald) si è proposto di analizzare la scienza alla base dei supereroi e nell’articolo di oggi ci parla di Colosso, un membro degli X-Men, che ha il potere di rendere la sua pelle dura ed imperforabile quando lo desidera.
Avere una pelle d’acciaio comporta svariati problemi biologici. Vediamone alcuni!

Termoregolazione. il nostro corpo fa di tutto per mantenersi ad una temperatura costante intorno ai 37°C. Per questo quando è caldo sudiamo per raffreddarci.
Quando Colosso durante un combattimento decide di mettere su la pelle d’acciaio, le sue ghiandole sudoripare saranno probabilmente bloccate. Eppure nelle lotte il nostro eroe si muove un sacco e verosimilmente genera tantissimo calore. Come può allora evitare di auto-bollirsi? L’ipotesi più probabile è che la sua pelle non sia fatta di acciaio, ma di grafene, un materiale a base di carbonio che è più fine della carta ma più resistente del diamante.
Si può dunque ipotizzare che il gene-X (X nel senso di sconosciuto, come in X-Men) di Colossus codifichi per un bio-grafene, dove con bio- si intende una sostanza prodotta dal corpo umano che ha quindi le caratteristiche di altre proteine del nostro corpo come per esempio la capacità di autoassemblarsi in strutture complesse.
È quanto succede alla clatrina, che tra l’altro ha una struttura molto simile al grafene:

New Microsoft PowerPoint Presentation

Trasporto. Non basta produrre il bio-grafene, bisogna anche che la proteina arrivi nel posto giusto, ovvero sullo strato più esterno della pelle. Il dott. Fitzgerald propone un trasporto nel sangue e parla quindi di tutte le possibili conseguenze nefaste come aumento della viscosità del sangue, sovraccarico di lavoro per il cuore, ecc ecc. Noi proponiamo un modello più semplice dove il bio-grafene è prodotto in loco dai fibroblasti, le cellule specializzate nella produzione del collagene che compone la nostra pelle (altra proteina che si autoassembla). I fibroblasti di Colosso potrebbero essere portatori del gene-X del bio-grafene e, quando il gene si attiva, i fibroblasti della pelle di Colossus potrebbero passare dal produrre collagene al produrre bio-grafene. I fibroblasti infatti sono già nel posto giusto per poter riparare eventuali danni producendo collagene, perciò la nostra soluzione ci pare più semplice, ma essendo il dott. Fitzgerald un fisico e non un biologo gli perdoniamo questa svista 🙂
.
Come magari qualcuno avrà intuito, il dott. Fitzgerald usa i supereroi come pretesto per insegnare la scienza ai ragazzi. Nel suo articolo parla di molti altri aspetti del corpo umano, ma non volevamo togliervi tutta la sorpresa!


Ecco qui il link alla ricerca originale: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30192188