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.

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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

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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.

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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

 

Predire l’evoluzione?

Chi ha letto Origin di Dan Brown si ricorderà forse del genio informatico che crea una simulazione al computer dove in pochi minuti ricapitola i miliardi di anni di evoluzione della vita sulla terra, un po’ come quando riproduciamo un video su youtube a 2x! Nel libro la simulazione al computer viene lasciata scorrere per predire in che direzione sta andando l’evoluzione dell’uomo.

Bisogna sapere che l’evoluzione si basa su due grandi pilastri:

  • Mutazioni casuali nel DNA che possono produrre cambiamenti nel modo di funzionare di un organismo.
  • L’ambiente che seleziona gli organismi più adatti, quelli che si riprodurranno di più, diffondendo più rapidamente le loro mutazioni nella popolazione.

Ma se le mutazioni sono completamente casuali, allora non c’è modo di prevederle.

Non è certo una sorpresa che Dan Brown abbia scritto pura fantascienza; in fondo il suo è un romanzo senza troppe pretese di autenticità.

EPPURE… I nostri eroi di oggi, chissà se ispirati anch’essi da Dan Brown, hanno provato ad addestrare un computer a predire l’evoluzione di Escherichia coli, un batterio utilizzato nei laboratori di tutto il mondo. E qui non si parla più di un romanzo, ma di uno studio pubblicato su Nature Communcations, un autorevole giornale scientifico!

L’idea: analizzare batteri cresciuti in condizioni avverse, come per esempio carenza di ossigeno o presenza di antibiotici, in modo da provare a forzare l’evoluzione in una certa direzione. Analizzando il DNA dei batteri prima e dopo averli sottoposti a vari stress ambientali, forse sarà possibile individuare uno schema evolutivo.

La risposta: sconvolgente! Effettivamente, uno schema evolutivo è stato individuato!

Si è visto che alcuni geni mutano sempre per primi indipendentemente dal tipo di stress, altri geni invece mutano solo in risposta a certi tipi di stress, ed infine ci sono pezzi di DNA superresistenti alle mutazioni che non cambiano mai (che sono, guarda caso, geni vitali per il batterio).

I nostri scienziati matti hanno allora pensato di simulare l’evoluzione al computer e lasciarla scorrere per predire i cambiamenti prima che avvenissero. Per finire, degli Escherichia coli sono stati fatti crescere e sono stati analizzati per verificare le predizioni del computer.

Sembra magia, ma non lo è… questa intelligenza artificiale è stata in grado di prevedere correttamente il 35% delle mutazioni dei batteri! Per di più l’efficacia di questo sistema aumenterà quanti più dati si danno in pasto alla macchina (ogni esperimento nuovo migliorerà l’efficacia del computer).

 

Certo, i batteri sono un modello semplice ed in questo esperimento l’ambiente era controllato. Siamo ancora lontani dal poter predire l’evoluzione di un animale più complesso in un ambiente naturale. Tuttavia i risultati mostrati in questo articolo potrebbero tornarci utili già in poco tempo, vista la velocità con cui stanno comparendo batteri super-resistenti agli antibiotici. Se per esempio faccio crescere dei batteri in presenza di penicillina vedo che a poco a poco i piccoli mostri diventano resistenti. Ma se posso predire come i batteri si armeranno contro gli antibiotici, posso correre ai ripari prima che il danno sia fatto!
Non ancora ai livelli di Dan Brown, ma… futuro, stiamo arrivando!!


Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/5TMg

Elefanti e zombie per combattere i tumori

Più o meno tutti abbiamo sentito dire che i tumori sono causati da mutazioni nelle istruzioni delle nostre cellule (il DNA). Quando una cellula decide di sdoppiarsi per dare origine a due cellule figlie, deve creare una copia del DNA. Come un monaco benedettino, la cellula copia una ad una le lettere del suo libretto di istruzioni, ma, proprio come succedeva ai monaci benedettini, ogni tanto ci scappa un errore. Ecco che a volte questo errore può essere grave al punto da causare un tumore.

Quand’è che una cellula deve sdoppiarsi, o meglio, dividersi? Quando cresciamo, quando ripariamo ferite, quando facciamo “ordinaria manutenzione” dei nostri tessuti, … in poche parole più si cresce (stiamo parlando proprio di crescere di dimensioni) e più si invecchia, più divisioni faranno le nostre cellule.

 

Se ad ogni divisione cellulare c’è il rischio di creare errori nel DNA, e se è vero che 2 più 2 fa 4, allora più si cresce, più si invecchia e maggiore è il rischio di avere tumori. Matematicamente logico, vero? E invece NO! O meglio: biologicamente NI!

Quanto detto è vero in parte: statisticamente, persone più alte (fatte quindi da più cellule) avranno un rischio maggiore di sviluppare tumori rispetto a chi è di bassa statura (non tutti gli spilungoni svilupperanno un tumore, eh! È un’osservazione fatta sui grandi numeri). Sempre statisticamente, i bambini sviluppano meno tumori degli anziani, in quanto le cellule che compongono il loro corpo si sono divise meno volte.

Ma… E qui viene il bello della ricerca che presentiamo oggi… se è vero che più si cresce e più si rischia di avere tumori, allora grandi animali come gli elefanti dovrebbero avere tumori ovunque! Eppure gli elefanti sono straordinariamente refrattari a sviluppare tumori! Com’è possibile? Questo fenomeno è conosciuto come il paradosso di Peto, dal primo studioso che lo ha descritto.

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I ricercatori sono andati a leggersi i libretti d’istruzioni delle cellule di elefante ed hanno scoperto una sequenza di lettere (un gene) che nell’uomo è stata in qualche modo dimenticata. Questo gene, chiamato LIF6, spiega alla cellula come costruire una proteina che provocherà la morte della cellula stessa (processo detto apoptosi). Gli elefanti normalmente tengono spento il gene, che si attiva però se il DNA di una cellula viene danneggiato così da eliminare sul nascere cellule pericolose.

Nell’uomo esistono meccanismi simili per uccidere le cellule difettose, ma questo particolare gene LIF6 è stato spento nel corso dell’evoluzione. Attenzione però! Il gene è ancora scritto nel nostro libretto di istruzioni. Semplicemente è nascosto e le nostre cellule non possono più andarselo a leggere liberamente. Si parla quindi di pseudogene o gene zombie. Chissà se in futuro si riuscirà a sfruttare anche nell’uomo la potenzialità di questo meccanismo degli elefanti.

 

Un bravo a questi ricercatori che hanno davvero saputo pensare fuori dal vaso (nel vaso non ce li avrebbero mai trovati gli elefanti!) e percorrere vie non battute nella lotta ai tumori!


Qui il link alla ricerca originale: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.07.042

 

Tricheco

P.S. se a qualcuno non piacessero gli elefanti, i ricercatori hanno trovato lo stesso gene e lo stesso meccanismo anche nei trichechi 🙂