Scienza e Tecnologia - BioPills https://www.biopills.net/tecnologia-e-scienza/ Il vostro portale scientifico Wed, 30 Nov 2022 10:10:14 +0000 it-IT hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.1.1 La tragedia del Talidomide https://www.biopills.net/talidomide/ https://www.biopills.net/talidomide/#respond Wed, 30 Nov 2022 10:10:14 +0000 https://www.biopills.net/?p=51408 talidomideSviluppato e commercializzato nella seconda metà del Novecento, il talidomide prometteva di essere un farmaco miracoloso ed estremamente sicuro per il trattamento di moltissime condizioni, tra cui la nausea gravidica. Ma proprio la sua somministrazione a donne incinte è stata responsabile tra gli anni ’50 e ’60 di un disastro medico di portata globale con […]]]> talidomide

Sviluppato e commercializzato nella seconda metà del Novecento, il talidomide prometteva di essere un farmaco miracoloso ed estremamente sicuro per il trattamento di moltissime condizioni, tra cui la nausea gravidica. Ma proprio la sua somministrazione a donne incinte è stata responsabile tra gli anni ’50 e ’60 di un disastro medico di portata globale con conseguenze drammatiche per migliaia di famiglie in tutto il mondo. Il talidomide è oggi considerato uno dei principali agenti teratogeni, sostanza in grado di indurre alterazioni nel normale sviluppo fetale nelle prime fasi dell’embriogenesi.

A causa di una scarsa consapevolezza dei potenziali effetti tossici degli agenti chimici sul feto unita a una lacunosa sperimentazione farmaceutica, la teratogenicità del talidomide è stata però determinata solo dopo la sua immissione in commercio, una volta che i danni provocati dal farmaco erano ormai irreversibili.

La tragedia del talidomide, anche se poco nota, ci riguarda da vicino. Ogni farmaco che oggi troviamo sul mercato è il risultato di un processo di sviluppo estremamente regolamentato e controllato, di cui il mondo farmaceutico si è dotato proprio dopo lo scandalo del talidomide per evitare il ripetersi di simili tragedie.

Il contesto

La storia del Talidomide inizia negli anni Cinquanta in Germania Ovest, quando il farmaco viene sviluppato dalla tedesca Chemie-Grünenthal[1]. Inizialmente una piccola azienda farmaceutica fondata nel 1946 dai fratelli Wirtz come filiale della fabbrica familiare di profumi e saponi[1], la nascente industria ha legami molto forti con il partito nazista:. Non è un caso che scienziati aderenti al partito e condannati come criminali di guerra ricoprano alcune delle principali cariche nell’azienda. In particolare, a capo del dipartimento di ricerca durante lo sviluppo del talidomide vi è Heinrich Mückter[1].

Si tratta di un giovane medico accusato di aver condotto esperimenti spesso mortali sui prigionieri nei campi di concentramento per individuare un vaccino contro il tifo. Ed è proprio grazie a Mückter che la Chemie-Grünenthal riesce a portare sul mercato un prodotto apparentemente miracoloso, destinato a diventare in pochi anni uno dei farmaci più venduti in Germania, al pari dell’Aspirina.

Sviluppo del Talidomide

Il contesto farmaceutico di metà Novecento è molto diverso da quello attuale. I farmaci di sintesi chimica rappresentano una novità nel panorama farmaceutico e offrono l’opportunità di ingenti guadagni[1]. Mancano però protocolli standardizzati e stringenti per la sperimentazione dei farmaci, e molte delle agenzie regolatorie che oggi si occupano della supervisione e dell’approvazione dei medicinali non sono ancora nate.

La prima pubblicazione relativa all’attività farmacologica del talidomide risale al 1956. In studi su roditori, Muckter e colleghi hanno scoperto l’effetto tranquillizzante e sedativo della molecola, che dimostra alcuni pregi importanti soprattutto se confrontata con i sedativi allora disponibili[3]. Ma la qualità principale di questo composto è l’apparente sicurezza. Test condotti su diverse specie di roditori evidenziano infatti l’assenza di qualsiasi effetto tossico, anche a dosi elevate[3]. Per i ricercatori della Chemie-Grünenthal si tratta di una vera e propria vittoria: hanno a disposizione una molecola semplice, virtualmente non tossica e in grado di competere efficacemente con i sedativi allora disponibili sul mercato.

Queste conclusioni vengono confermate pochi mesi dopo dal report clinico che descrive l’effetto sedativo del talidomide su una coorte di 300 pazienti. Si tratta però di uno studio mal condotto e mal descritto. Il trial non prevede un gruppo di controllo trattato con placebo e nella pubblicazione non viene riportata la durata del trattamento, né dati numerici a supporto delle conclusioni[3].

Il Talidomide arriva sul mercato

Lo sviluppo del talidomide è estremamente rapido, anche per i canoni dell’epoca. È infatti il 1957 quando il Contergan fa la sua comparsa nelle farmacie tedesche come sedativo ipnotico in grado di indurre un sonno profondo senza il rischio di hangover o dipendenza[4]. Pubblicizzato come un farmaco miracoloso per il trattamento dell’insonnia, dell’ansia, del mal di testa e dell’influenza, il Contergan viene venduto in Germania senza prescrizione medica proprio in virtù della sua sicurezza[5].

Il talidomide è accessibile, a basso costo e ha un rapporto rischi/benefici estremamente positivo. In pochissimo tempo diventa un bestseller, con 14,6 tonnellate vendute nella sola Germania nel 1960[4]. Tale successo porta in breve tempo alla distribuzione del talidomide in 46 paesi, con diversi nomi commerciali, senza che sia condotto nessuno studio indipendente aggiuntivo[5]. Rivelatosi anche un efficace anti-emetico, il talidomide inizia a essere largamente prescritto alle donne nel primo trimestre di gravidanza per il trattamento della nausea gravidica, senza particolari remore vista la sua acclamata sicurezza[5].

La potenziale teratogenicità dei farmaci

Negli anni Cinquanta alcuni scienziati avevano raccolto le prime evidenze circa l’effetto tossico sullo sviluppo fetale degli agenti chimici, ma tali scoperte erano rimaste confinate all’ambiente accademico[1, 6]. Dottori e ginecologi prescrivevano quindi tranquillamente farmaci alle donne in gravidanza, ritenendo che la placenta proteggesse il feto da possibili effetti nocivi. Inoltre, anche le poche linee guida disponibili per lo sviluppo dei farmaci erano vaghe circa i test da eseguire. Gli studi di tossicità sulla riproduzione erano consigliati, anche se non si faceva cenno alla valutazione della teratogenicità, ma la loro conduzione era a discrezione delle aziende… e la Chemie-Grünenthal scelse di non testare il talidomide su animali gravidi prima della sua immissione in commercio[1].

Il primo caso di malformazione congenita causata da talidomide risale a prima dell’arrivo sul mercato del farmaco stesso. Il giorno di Natale del 1956 a Stolberg, la città della Chemie-Grünenthal, la moglie di un dipendente dell’azienda diede alla luce una bambina priva di orecchie[6]. La donna aveva assunto durante la gravidanza la nuova pillola, che veniva allora distribuita ai dipendenti dall’azienda. Il caso non destò preoccupazione circa la sicurezza del farmaco e la malformazione congenita non venne associata all’assunzione del talidomide. Dieci mesi dopo il farmaco era sul mercato, sostenuto da un’energica campagna pubblicitaria da parte dell’azienda che ne acclamava soprattutto la sicurezza.

La tragedia del Talidomide

Un anno dopo l’arrivo sul mercato del talidomide, pediatri e ginecologi di tutto il mondo iniziano a registrare i primi casi di quella che sarà una vera e propria epidemia di malformazioni congenite[3]. La frequenza di bambini che nascono con alterazioni anatomiche a carico degli arti, delle orecchie e/o di organi interni è in rapida crescita e supera notevolmente la frequenza attesa per delle malattie considerate rare. Ma i medici faticano a trovare una spiegazione plausibile a questo problema globale.

Bisogna aspettare il 1961 perché l’associazione tra l’assunzione del talidomide durante la gravidanza e le gravi alterazioni anatomiche riscontrate nei neonati diventi esplicita. È infatti grazie alle osservazioni indipendenti del pediatra tedesco Lenz e del ginecologo australiano McBride che la società diventa consapevole dell’effetto teratogeno del talidomide[4]. Report pubblicati nei mesi seguenti non possono che confermare il talidomide come causa del più grande disastro medico causato dall’uomo nella storia[3].

Si stima infatti che tra il 1957 e il 1962 il talidomide abbia causato gravissimi difetti congeniti in più di 10.000 bambini in tutto il mondo[4]. Si tratta però di un numero altamente sottostimato, se si considerano anche le morti perinatali e gli aborti. L’effetto teratogeno del talidomide si esplica quando il farmaco viene assunto 34-49 giorni dopo l’ultimo ciclo mestruale[4]. Le malformazioni causate dal farmaco sono molteplici: assenza totale o parziale di braccia e gambe, deformazioni di mani e piedi, anomalie dell’orecchio ma anche di organi interni come il tratto digestivo o il cuore[4]. Circa il 40% delle vittime del talidomide è morto entro il primo anno di vita e i sopravvissuti hanno convissuto e tuttora convivono con handicap importanti che rendono difficoltosa la vita di tutti i giorni[4, 5].

Il caso americano

La storia del Talidomide negli Stati Uniti segue un binario completamente diverso rispetto al resto del mondo, grazie alla capacità di valutazione della farmacologa Frances Oldham Kelsey e alla presenza negli USA di un sistema regolatorio più maturo per la sperimentazione e l’approvazione dei farmaci.

La dottoressa Kelsey viene assunta dall’FDA nel 1960 e il primo caso che le viene assegnato riguarda l’autorizzazione di un tranquillante a base di talidomide indicato soprattutto per il trattamento delle nausee mattutine in donne in gravidanza[4]. La procedura di autorizzazione dovrebbe essere semplice: si tratta di un farmaco già commercializzato in dozzine di altri paesi nel mondo e acclamato per la sua sicurezza. Ma la dott.ssa Kelsey rigetta l’approvazione e richiede ulteriori studi, esprimendosi molto criticamente nei confronti dei dati preclinici e clinici presentati dall’azienda[3, 4].

Le perplessità della farmacologa nascono non solo dalla superficialità degli studi presentati, ma anche da pubblicazioni che iniziano a evidenziare effetti tossici a carico del sistema nervoso legati all’assunzione del talidomide[5]. Inoltre, la dottoressa è preoccupata dai potenziali effetti che il farmaco potrebbe avere sul feto, dal momento che l’azienda farmaceutica non ha eseguito test su animali o donne gravide[5]. Nonostante le pressioni esercitate dalla casa farmaceutica, la dott.ssa Kelsey rimane ferma nelle sue decisioni, riuscendo a impedire l’arrivo sul mercato statunitense del talidomide e risparmiando così migliaia di potenziali vittime.

Ritiro dal mercato del talidomide e processo

A seguito della pubblicazione dei lavori di Lenz e McBride, la Chemie-Grünenthal è costretta a ritirare il farmaco dal commercio. Ma la casa farmaceutica è riluttante ad ammettere il fallimento del farmaco miracoloso e continua a negare la sua teratogenicità[1]. Il fatto poi che il talidomide abbia 51 diversi nomi commerciali non facilita il processo di ritiro dal mercato, che non è coordinato a livello globale. In Italia il talidomide continua a essere venduto per altri 10 mesi dopo il ritiro in Germania e Inghilterra, e anche in Brasile, Giappone e Canada il ritiro del farmaco non avviene prima del 1962[1]. La stampa è il motore principale non solo nel forzare le aziende riluttanti a ritirare il farmaco, ma anche nella comunicazione del pericolo alla popolazione. Fortunatamente, con la scomparsa del talidomide dalle farmacie, termina anche l’epidemia di malformazioni congenite che aveva investito il mondo intero[6].

Il processo alla Chemie-Grunenthal inizia solo nel 1968 e si conclude due anni più tardi[2]. Nove sono i responsabili dell’azienda accusati di lesioni personali e omicidio colposo[2]. Ma la sentenza della Corte Tedesca rappresenta un ulteriore scandalo in questa tragedia. Non solo i responsabili vengono assolti, ma viene loro concessa un’immunità che li protegge da ulteriori procedimenti penali futuri[2]. Alle famiglie devastate dai danni del talidomide non spetta che un misero risarcimento[5]. L’azienda riprenderà a produrre e commerciare farmaci, diventando una delle principali case farmaceutiche in Europa, continuando a negare le sue responsabilità nella tragedia del Talidomide. Le prime scuse alle vittime arrivano infatti solo nel 2012, 50 anni dopo la tragedia[5].

Buchi neri nello sviluppo del Talidomide

Ad oggi è difficile stabilire se il disastro del talidomide potesse essere prevenuto. La Chemie-Grünenthal è ritenuta responsabile di “aver immesso in commercio un farmaco con un livello di tossicità inaccettabile senza averlo testato appropriatamente. Ma negli anni ’50 non c’erano in Europa regolamenti ufficiali che stabilissero regole e modelli animali per lo sviluppo dei farmaci[1]. Gli studi preclinici e clinici condotti dalla Chemie-Grünenthal per lo sviluppo del talidomide risultano però superficiali, anche per gli standard del tempo. Il pediatra Widukind Lenz affermerà infatti:

Gli articoli pubblicati da Kunz et al. sugli esperimenti preclinici e da Jung sulle ricerche cliniche con la talidomide hanno così poco valore scientifico che secondo la mia opinione non dovevano nemmeno essere accettati per la pubblicazione[6].

La Chemie-Grünenthal si limita infatti a condurre uno studio di tossicità acuta e cronica, i cui risultati si rivelano negli anni successivi lacunosi e spesso errati[3]. Studi di farmacocinetica, che non erano stati condotti dall’azienda, dimostrano infatti l’infondatezza del claim della sicurezza del composto. L’atossicità del talidomide non è una sua qualità intrinseca, ma la conseguenza di una sua scarsa solubilità in acqua[3]. Inoltre l’azienda è colpevole di aver propagandizzato la somministrazione del farmaco alle donne in gravidanza senza aver mai testato la molecola su animali gravidi. Anche in questo caso la responsabilità dell’azienda è controversa dal momento che questo tipo di studio non era allora obbligatorio e che il talidomide si rivelerà teratogeno in conigli e primati, mentre i roditori, allora il modello sperimentale principale, risultano meno sensibili[1].

Sicuramente però la responsabilità dell’azienda nella tragedia risiede nel non aver risposto prontamente alle segnalazioni degli effetti collaterali del talidomide, quali neuriti periferiche e malformazioni congenite. Anzi, inizialmente i vertici della Chemie-Grünenthal cercheranno di nascondere tali informazioni per continuare a trarre profitto dal commercio di un farmaco di successo, rallentando quindi il processo di ritiro dal mercato[6].

Conseguenze della tragedia del talidomide

Lo scandalo del talidomide lascia il mondo sconvolto di fronte alla drammaticità delle conseguenze dovute all’assunzione di un farmaco acclamato come sicuro. Ma è proprio di fronte a tale tragedia che il mondo farmaceutico prende consapevolezza della necessità di regolamentare in modo stringente la sperimentazione e l’approvazione dei farmaci. Negli anni immediatamente successivi al ritiro dal mercato del farmaco nascono infatti molte commissioni di esperti preposte alla valutazione della sicurezza e dell’efficacia dei farmaci[1]. Inoltre, moltissimi stati si dotano di linee guida e regolamenti per la sperimentazione sistematica dei prodotti farmaceutici, con particolare attenzione alla valutazione della tossicità dello sviluppo[1].

Ma l’eredità del talidomide si estende anche alla presa di consapevolezza che nello studio dell’efficacia e della sicurezza di un farmaco è necessario considerare il principio di specie-specificità. Tenendo conto quindi che lo stesso farmaco può avere effetti diversi in specie animali diverse, diventa necessario condurre gli studi di tossicità generale e tossicità riproduttiva in 2 distinte specie animali, di cui una non roditore[3].

Con la tragedia del talidomide diventa centrale anche la disciplina della farmacovigilanza. Il monitoraggio delle reazioni avverse dei farmaci diventa sistematico, organizzato e regolamentato. Nel 1963 l’OMS organizza il Programma di Monitoraggio Internazionale dei Farmaci e dal 1968 inizia a creare centri pilota nazionali di monitoraggio dei farmaci in diversi paesi in Europa e America[3].

Il riscatto del Talidomide

Ma la storia del talidomide non si conclude con il suo ritiro dal commercio. Negli anni successivi il talidomide ha continuato a essere caratterizzato e studiato, individuando nuovi usi terapeutici. Nel 1965 è stata scoperta la sua attività immunomodulatoria in pazienti affetti da lebbra[4]. Questo ha aperto le porte all’uso del talidomide nel trattamento di altre condizioni dermatologiche e infiammatorie, nell’infezione da HIV e nelle malattie autoimmuni[5]. Nel 1994 si è inoltre scoperto che il talidomide contrasta il processo angiogenetico, fondamentale nello sviluppo tumorale. EMA e FDA hanno quindi approvato il talidomide per il trattamento del mieloma multiplo, e studi per indagarne l’efficacia in altri tipi tumorali sono in corso[4].

La prescrizione e la somministrazione del talidomide devono seguire un programma specifico messo in atto per prevenire l’esposizione al farmaco del feto[5]. Sfortunatamente in alcuni paesi come il Brasile, in cui la lebbra è endemica, si continuano a registrare casi di embriopatia dovuti all’assunzione del farmaco anche da parte di donne in gravidanza[5].

Referenze

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Tyrannosaurus rex è l’unica specie esistita del genere Tyrannosaurus? https://www.biopills.net/tyrannosaurus-rex-unica-specie-esistita-genere-tyrannosaurus/ https://www.biopills.net/tyrannosaurus-rex-unica-specie-esistita-genere-tyrannosaurus/#respond Mon, 28 Nov 2022 08:00:19 +0000 https://www.biopills.net/?p=50850 TyrannosaurusIl T. rex, nome con cui viene comunemente chiamato il Tyrannosaurus rex, è probabilmente il dinosauro più iconico e conosciuto. Molti di voi lo ricorderanno per il ruolo centrale avuto nella saga di Jurassic Park. Con i suoi 12-14 m di lunghezza e 4,5 m circa di altezza, però, ha catturato l’attenzione anche di molti […]]]> Tyrannosaurus

Il T. rex, nome con cui viene comunemente chiamato il Tyrannosaurus rex, è probabilmente il dinosauro più iconico e conosciuto. Molti di voi lo ricorderanno per il ruolo centrale avuto nella saga di Jurassic Park. Con i suoi 12-14 m di lunghezza e 4,5 m circa di altezza, però, ha catturato l’attenzione anche di molti ricercatori. Era uno dei carnivori più grandi che abbiano mai abitato la terra, dopotutto! Fino ad ora, pensavamo che questa fosse l’unica specie del genere Tyrannosaurus, o quantomeno era l’unica a noi nota.

Tuttavia, sembra difficile immaginare che un genere sia composto da un’unica specie. D’altronde, anche se noi sapiens siamo l’unica specie esistente del genere Homo, abbiamo convissuto in passato con altre specie umane, oggi estinte. Sulla base di ciò, alcuni ricercatori si sono interrogati circa il numero di specie esistite del genere Tyrannosaurus[1], ma i loro risultati sono presto stati smentiti da uno studio più recente[2].

Lo studio

Ricerche precedenti, condotte su diversi scheletri di Tyrannosaurus, avevano mostrato come sia presente una certa variazione tra i campioni nella robustezza del femore e nella dentatura, in riferimento al numero di incisivi. A partire da questi risultati, Gregory S. Paul e collaboratori hanno deciso di osservare tali differenze in 37 scheletri di T. rex per valutare se queste possano essere significative per una distinzione a livello di specie.

Leggi anche: La lunga estinzione dei dinosauri

Gli autori hanno comparato i femori a livello della loro robustezza e le mandibole superiori nel numero di coppie di incisivi. Successivamente, hanno rapportato le differenze anatomiche dei diversi campioni alla loro distribuzione stratigrafica, cioè allo strato di suolo da cui provenivano. I dati prodotti dalle analisi hanno portato gli autori a riconoscere tre specie diverse del genere Tyrannosaurus. Queste sembrano aver preso origine per divergenza evolutiva da un antenato comune dotato di femori robusti e di una doppia coppia di incisivi.

Due nuove specie di Tyrannosaurus?

La prima specie, nominata Tyrannosaurus imperator dagli autori, ha mantenuto in gran parte le caratteristiche dell’antenato da cui si è sviluppata (femori robusti e due coppie di incisivi) ed è rappresentata dagli scheletri dello strato inferiore e in parte di quelli dello strato intermedio.

La seconda, Tyrannosaurus regina, è rappresentata dagli scheletri situati nello strato superiore e intermedio che presentano femori fragili e due coppie di incisivi.

Infine, la terza specie è l’unica riconosciuta fino a questo momento, cioè Tyrannosaurus rex, ed è caratterizzata da femori robusti e dalla presenza di una sola coppia di incisivi. A questa appartengono quegli individui i cui scheletri sono collocati nello strato superiore e intermedio.

Ma è davvero così?

Uno studio ancora più recente sembra però confutare quanto appena esposto[2], andando ad alimentare i dubbi rimarcati dagli stessi fautori dell’ipotesi multispecie. In particolare, la critica è stata mossa nei confronti della metodologia utilizzata che è stata attaccata sotto diversi punti. Ad esempio, il numero di scheletri analizzati era piuttosto basso (37) per studi paleontologici volti ad assegnare lo stato di nuova specie tramite indagini comparative. Inoltre, 16 dei 37 reperti analizzati provengono da privati. Ottenere dati da campioni non in possesso di enti pubblici porta all’insorgenza di problematiche nell’attendibilità del risultato e nella possibilità di replicarlo.

Questo nuovo studio porta evidenze che sembrerebbero attribuire la variazione osservata ad un’incredibile variabilità individuale intraspecifica (all’interno della stessa specie), piuttosto che interspecifica (tra specie diverse).

Conclusioni

L’attribuzione di organismi a specie diverse è una sfida comune nella branca delle scienze naturali, che spesso porta all’insorgenza di dibattiti. Decidere che un organismo appartiene a una nuova specie è complesso anche nel caso di quelli attualmente in circolazione, che possiamo quindi sia osservare, sia analizzare con metodologie molecolari all’avanguardia. Figuriamoci per organismi estinti il cui DNA, a causa della frammentazione, non può essere analizzato. In quest’ultimo caso, i paleontologi possono avvalersi solo di analisi dei reperti a livello morfologico per cercare tratti comuni e distinti tra i campioni. Per questo motivo, nell’ambito della paleontologia, per poter parlare di nuove specie è condizione necessaria che gli studi vengano supportati da ogni evidenza replicabile possibile, cosa che gli autori dello studio originale[1]  non hanno considerato.

Sebbene sia lecito pensare che il famoso Tyrannosaurus rex avesse condiviso il ruolo di predatore alfa con specie gemelle o molto affini, la strada intrapresa per verificarlo non sembra quella corretta.

In molti casi, dal confronto tra diversi gruppi e linee di ricerca emerge la consapevolezza che qualcuno di loro ha commesso degli errori. Anche l’errore ha un enorme valore, nella scienza, perché se non ci mostra la strada da percorrere, ci fornisce sicuramente una chiara indicazione su quella da evitare, giocando un ruolo essenziale nell’avanzamento delle conoscenze. Come è solito dirsi, la scienza è fatta di prove ed errori e i secondi sono importanti tanto quanto le prime.

Referenze

  1. Paul, G. S., Persons, W. S., & Van Raalte, J. (2022). The Tyrant Lizard King, Queen and Emperor: Multiple Lines of Morphological and Stratigraphic Evidence Support Subtle Evolution and Probable Speciation Within the North American Genus TyrannosaurusEvolutionary Biology49(2), 156-179;
  2. Carr, T. D., et al. (2022). Insufficient Evidence for Multiple Species of Tyrannosaurus in the Latest Cretaceous of North America: A Comment on “The Tyrant Lizard King, Queen and Emperor: Multiple Lines of Morphological and Stratigraphic Evidence Support Subtle Evolution and Probable Speciation Within the North American Genus Tyrannosaurus. Evolutionary Biology, 1-15.
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Disbiosi intestinale e malattie neurodegenerative https://www.biopills.net/disbiosi-intestinale-malattie-neurodegenerative/ https://www.biopills.net/disbiosi-intestinale-malattie-neurodegenerative/#respond Wed, 23 Nov 2022 10:09:40 +0000 https://www.biopills.net/?p=50807 disbiosi intestinale e salute cervelloUn’interazione bilanciata tra l’ospite e il suo microbiota è un requisito essenziale per la salute intestinale e l’organismo nel suo insieme. L’alterazione microbica intestinale, nota come disbiosi, è una condizione associata non solo a disturbi gastrointestinali ma anche a malattie che colpiscono altri organi distali, come il cervello. Recenti scoperte hanno reso evidente che i […]]]> disbiosi intestinale e salute cervello

Un’interazione bilanciata tra l’ospite e il suo microbiota è un requisito essenziale per la salute intestinale e l’organismo nel suo insieme. L’alterazione microbica intestinale, nota come disbiosi, è una condizione associata non solo a disturbi gastrointestinali ma anche a malattie che colpiscono altri organi distali, come il cervello. Recenti scoperte hanno reso evidente che i batteri intestinali possono influenzare la fisiologia e l’infiammazione del sistema nervoso centrale (SNC).

Esistono diverse vie immunitarie coinvolte nell’omeostasi e nell’infiammazione del SNC. Tra queste, la via dell’inflammasoma è stata collegata a condizioni neuroinfiammatorie come la sclerosi multipla, il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson, ma anche ansia e disturbi simil-depressivi[5].

Panoramica sul microbiota

Gli studi iniziali in questo campo miravano a esaminare la composizione del microbiota e la sua relazione con la comparsa di una malattia. C’è stato però un cambiamento sostanziale che verte piuttosto alla comprensione dei meccanismi attraverso i quali la disbiosi intestinale può portare alla manifestazione di una malattia[1].

Con il termine microbiota intestinale si fa riferimento ai microrganismi che abitano il tratto gastrointestinale (GI) umano e questa comunità altamente dinamica comprende principalmente procarioti (microbi unicellulari privi di organelli specializzati). In misura minore sono anche presenti funghi, parassiti, virus e archea. Si definisce, invece, microbioma intestinale il profilo genetico e funzionale di queste specie microbiche.

Questa comunità microbica differisce da individuo a individuo. Il motivo di tale diversità è da attribuire a diverse cause. Per esempio, un fattore determinante è la modalità di nascita. Con parto naturale il neonato sarà esposto ai batteri vaginali materni e, pertanto, la composizione iniziale del microbiota rifletterà questo aspetto. Al contrario, un parto cesareo porterà a una maggiore esposizione della flora cutanea materna, con la tendenza di un microbiota meno diversificato. Questo aspetto può spiegare perché i nati con parto cesareo sono più soggetti ad infezioni e allergie[6].

Anche i cambiamenti nella dieta rendono facilmente disponibili dei nutrienti, piuttosto che altri, modificando la dominanza dei ceppi batterici presenti[2]. Infine, l’uso di antibiotici provoca nel microbiota ospite rapide alterazioni della sua struttura, a seconda del tipo e della regolarità di utilizzo. Per tale ragione è importante fare un uso moderato e consapevole di questi medicinali, ricordando che una delle più importanti sfide odierne è proprio quella dell’antibiotico-resistenza.

Disbiosi intestinale e infiammazione

Perché dovremmo necessitare di questa “convivenza”? I microbi possiedono una varietà di funzioni che influenzano la loro capacità di crescere e colonizzare diversi ambienti, determinando effetti a valle per l’ospite.

Per quanto riguarda una possibile correlazione con lo stato infiammatorio scaturito da una disbiosi intestinale, sappiamo che alcune specie di microbi producono enzimi specifici che consentono la fermentazione dei nutrienti in forme assorbibili, inclusa quella dei carboidrati indigeribili sotto forma di acidi grassi a catena corta (SCFA). Quest’ultimi possono avere effetti antinfiammatori e immunomodulatori.

Oltre agli SCFA, vanno presi in considerazione i componenti dei batteri stessi, come lipopolisaccaridi, carboidrati della capsula cellulare e altre endotossine, che possono essere rilasciati e provocare effetti secondari per l’ospite. Tra gli effetti svolti annoverano: il mantenimento dell’epitelio intestinale (e quindi l’integrità della parete intestinale), la produzione di vitamine e le interazioni con diverse molecole e cellule di segnalazione del sistema immunitario, attivando o inibendo risposte specifiche, e poi influiscono anche sulla farmacocinetica. Si può citare anche un altro importante contributo, ovvero quello di rappresentare una difesa naturale contro le specie microbiche patogene attraverso la competizione e il mantenimento della mucos[4].

In conclusione, il microbiota è attivamente coinvolto in processi infiammatori e, come è noto, livelli elevati di mediatori infiammatori derivanti da un processo di disbiosi possono avviare processi patologici che potrebbero sfociare in diversi disturbi cronici.

Asse intestino-cervello: il rapporto tra microbo e ospite

La comunicazione tra sistema nervoso centrale (SNC), intestino e microbiota avviene tramite la rete bidirezionale chiamata Gut-Brain Axis (GBA). Coinvolge diverse vie come il sistema nervoso autonomo ed enterico, il sistema endocrino, l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA), il sistema immunitario e il microbiota. Diversi neurotrasmettitori e metaboliti come vitamine essenziali, acidi biliari secondari, gli SCFA citati precedentemente, modulano molte vie del sistema immunitario che a loro volta influenzano il comportamento, la memoria, l’apprendimento, la locomozione e i disturbi neurodegenerativi.asse intestino cervello disbiosiGià dai primi anni 2000 era nota l’influenza del microbiota intestinale nel neurosviluppo. I primi esperimenti su modello murino privo di germi (GF) o privo di agenti patogeni specifici (SPF) trattati con antibiotici, per ridurre la diversità microbica all’interno dell’intestino, hanno mostrato che diversi problemi neurologici si verificano nei topi con una ridotta o una totale mancanza di un adeguato microbiota intestinale maturo[3].
In generale, gli studi più recenti hanno messo in evidenza come i microbi possono produrre molecole neuroattive, che contribuiscono in modo cruciale alla comunicazione tra intestino e cervello.

Effetto microbico su alcune malattie neurodegenerative

La composizione del microbiota differisce notevolmente tra pazienti sani e quelli affetti da malattie neurodegenerative come sclerosi multipla (SM), Alzheimer (AD), Parkinson (PD) e disturbi neuropsichiatrici (SNP)[5].

Sclerosi multipla

La sclerosi multipla è una malattia neurodegenerativa e autoimmune, caratterizzata da neuroinfiammazione, infiltrazione dei linfociti nel SNC, demielinizzazione e perdita assonale. È interessante notare che individui con SM attiva hanno un microbiota alterato rispetto a quelli con malattia in fase remissiva; quest’ultimi a loro volta hanno un microbiota più simile a quello dei soggetti sani. Per esempio, i batteri della famiglia dei Clostridi contribuiscono alla soppressione dell’autoimmunità patologica.

Alzheimer

Il morbo di Alzheimer è invece la causa più comune di demenza che colpisce quasi 50 milioni di persone in tutto il mondo. La malattia è causata dalla formazione di aggregati di forme polimerizzate di proteina precursore β-amiloide in depositi multimerici solubili o insolubili nel cervello, in grado di scatenare una serie di eventi patologici che portano a grovigli neurofibrillari, formazione di lesioni e infine demenza.

Diversi fattori microbici sono stati correlati alla patogenesi dell’Alzheimer, mettendo in evidenza che un’alterazione del microbiota commensale e le infezioni patogene possono essere causa di questa malattia. Un esempio è fornito dal patogeno orale Porphyromonas gingivalis, agente responsabile della parodontite cronica.

Parkinson

Il morbo di Parkinson è il secondo disturbo neurodegenerativo più comune che colpisce la capacità di movimento. Affligge principalmente i neuroni dopaminergici, portando a una perdita di controllo e coordinazione dei movimenti. Anche in questo caso, i pazienti hanno una composizione del microbiota differente rispetto ai controlli sani.

Sorprendentemente, i pazienti con PD ospitano una flora intestinale impoverita di batteri produttori di SCFA. Quest’ultimi sono associati a una diminuzione del metabolita della dopamina, a una minore qualità della vita e a segni di depressione. Un’altra rilevante caratteristica della malattia è l’interruzione della barriera intestinale, che porta alla diffusione sistemica di prodotti microbici e ad un aumento dell’espressione dei geni pro-infiammatori intestinali.

Disturbi neuropsichiatrici

Infine, ci sono in disturbi neuropsichiatrici che consistono in disturbi cognitivi, mentali e del comportamento, come schizofrenia, depressione, ansia, stress e disturbi bipolari, autismo, disturbi alimentari ed epilessia. Diversi studi mettono in evidenza come anche per queste malattie ci sia una connessione con alterazione della composizione microbiotica.

Inflammasoma nell’asse intestino-cervello: differenza tra fisiologico e patologico

Gli inflammasomi sono oligomeri multiproteici citosolici del sistema immunitario innato responsabili dell’attivazione delle risposte infiammatorie. Una volta attivati, questi sistemi portano al rilascio di citochine pro-infiammatorie attive (es. IL-8). Pur essendo diversi tra loro, gli iflammosomi presentano tutti una proteina “recettore”, una molecola adattatrice chiamata proteina speck-like associata all’apoptosi (ASC) e una molecola effettrice pro-caspasi-1. Inoltre, in seguito all’attivazione dell’inflammasoma si può avviare la pirotosi, una forma rapida e pro-infiammatoria di morte cellulare.

In condizioni fisiologiche, il sistema di inflammasomi è costantemente stimolato dalla presenza di molte specie microbiche residenti e l’IL-8 contribuisce al mantenimento dell’omeostasi nell’intestino. Diversi fattori però sono in grado di attivare l’inflammasoma intestinale e portare a effetti a lunga distanza sul cervello.

Un’evidenza di questo comportamento è data dalla scoperta che la proteina ripetuta ricca in leucina della Salmonella (SlrP) inibisce la virulenza di questo batterio e la tipica risposta anoressica dell’ospite indotta dall’infezione. Non finisce qui, perché gli stessi dati hanno messo in evidenza che l’attivazione dell’inflammasoma intestinale da parte del microbiota potrebbe portare alla produzione di molecole effettrici che hanno un effetto sul SNC attraverso il nervo vago[5]. Questa, infatti, potrebbe essere una delle vie immunitarie innate attivate dai microbi intestinali con importanti effetti distali anche sul SNC, potenzialmente sia in condizioni sane che infiammatorie .

Si deduce che una comprensione riguardo le funzioni d’attivazione dell’inflammasoma negli stati fisiologici e patologici è di estrema importanza, poiché i suoi effetti guidano entrambe le situazioni e sono finemente regolati. Questo aspetto è stato approfondito anche nelle malattie citate nel precedente paragrafo; per approfondimenti fare riferimento alle referenze riportate a fine lettura.

Conclusioni

Dopo aver affrontato globalmente la disbiosi intestinale e la possibile relazione con disturbi del sistema nervoso, cosa si evince da questi dati?

Sicuramente vi è una correlazione tra disbiosi del microbiota e malattie neurodegenerative. Tuttavia, i dati emergenti sull’influenza dell’infiammazione intestinale sul sistema nervoso sono ancora incompleti per collegare i punti mancanti tra i due organi e per comprendere meglio la comunicazione sinergica all’interno del GBA.

È fondamentale studiare su quali cellule agiscono tali meccanismi, quali vie di segnalazione li attivino o sopprimino, in quale organo sono interessati e se riguardano sia il sistema nervoso centrale che quello enterico. Inoltre, sarà essenziale affrontare come le alterazioni del sistema immunitario o nervoso dell’ospite influenzino le funzioni del microbiota, attraverso mediatori infiammatori e molecole difensive. L’inflammasoma è una via di segnalazione che potrebbe essere attivata in presenza di determinati batteri e molecole batteriche. Come discusso, è coinvolto in diverse condizioni omeostatiche e infiammatorie, sia neurologiche che intestinali.

Complessivamente, è chiaro che i batteri ( che siano patogeni e/o commensali) hanno la capacità di stimolare il tessuto intestinale e “comunicare” con esso. La risposta da parte del cervello è quella di stimolare diversi spettri del comportamento dell’ospite e in determinati casi la patogenesi della malattia neurologica.

Siamo in una fase in cui sono disponibili tutti gli strumenti per identificare i singoli batteri e i loro prodotti ed è quindi possibile seguirli nei vari tessuti ospiti per capire dove vanno, quali cellule possono influenzare e quali vie possono attivare. Questo approccio è assolutamente necessario per capire meglio come il sistema nervoso sia influenzato dall’intestino e da una sua possibile disbiosi.

Referenze

  1. Al Bander Z, Nitert MD, Mousa A, Naderpoor N. The Gut Microbiota and Inflammation: An Overview. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(20):7618. Published 2020 Oct 19.
  2. David LA, Maurice CF, Carmody RN, et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature. 2014;505(7484):559-563.
  3. Diaz Heijtz R, Wang S, Anuar F, et al. Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(7):3047-3052.
  4. Jandhyala SM, Talukdar R, Subramanyam C, Vuyyuru H, Sasikala M, Nageshwar Reddy D. Role of the normal gut microbiota. World J Gastroenterol. 2015;21(29):8787-8803.
  5. Rutsch A, Kantsjö JB, Ronchi F. The Gut-Brain Axis: How Microbiota and Host Inflammasome Influence Brain Physiology and Pathology. Front Immunol. 2020;11:604179. Published 2020 Dec 10.
  6. Wampach L, Heintz-Buschart A, Fritz JV, et al. Birth mode is associated with earliest strain-conferred gut microbiome functions and immunostimulatory potential. Nat Commun. 2018;9(1):5091. Published 2018 Nov 30.
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Gli avanzi del pasto di una tigre dai denti a sciabola https://www.biopills.net/avanzi-pasto-tigre-denti-sciabola/ https://www.biopills.net/avanzi-pasto-tigre-denti-sciabola/#respond Fri, 17 Jun 2022 12:00:59 +0000 https://www.biopills.net/?p=50541 TIgre dai denti a sciabolaCosa mangiava una tigre dai denti a sciabola? La domanda non è peregrina. I grandi carnivori — per definizione, tutte quelle specie di carnivori che raggiungono un peso corporeo superiore ai 21 kg — giocano un ruolo cruciale nel funzionamento degli ecosistemi[1]. Tra i servizi ecosistemici offerti da questi animali non vi è soltanto il […]]]> TIgre dai denti a sciabola

Cosa mangiava una tigre dai denti a sciabola? La domanda non è peregrina. I grandi carnivori — per definizione, tutte quelle specie di carnivori che raggiungono un peso corporeo superiore ai 21 kg — giocano un ruolo cruciale nel funzionamento degli ecosistemi[1]. Tra i servizi ecosistemici offerti da questi animali non vi è soltanto il contenimento della pressione che gli erbivori esercitano sulla vegetazione — attuato attraverso la predazione e favorito dal semplice fatto che gli erbivori tendono ad evitare le aree in cui sanno di poter incontrare i loro predatori — bensì anche le risorse alimentari che, indirettamente, mettono a disposizione delle altre specie sotto forma di avanzi delle loro predazioni. Infatti, molti animali, che per questo vengono definiti spazzini, basano la loro sussistenza sugli scarti alimentari che si lasciano dietro i predatori.

tigre dai denti a sciabola
I felini dai denti a sciabola sono estinti da diecimila anni. Tuttavia, per fortuna, è ancora possibile imbattersi nei resti del pasto di altri grandi carnivori. In foto, ciò che rimane di un cervo consumato da una famiglia di lupi. (foto di Andrea De Giovanni)

Tigri dai denti a sciabola: predatori del passato

È relativamente semplice studiare gli effetti dei grandi carnivori odierni sull’ecosistema. Valutare l’influenza che esercitavano i carnivori estinti sugli ambienti del passato è, invece, un altro paio di maniche. Uno studio recentemente pubblicato su Nature[2] ha accumulato evidenze che consentono di farsi un’idea del comportamento di una delle specie appartenenti ai macairodonti, meglio noti come tigri dai denti a sciabola[3].

Lo studio ha analizzato, in particolare, i resti della tigre dai denti a sciabola Xenosmilus hodsonae. Questi risalgono a un periodo compreso tra 1,6 e 1 milione di anni fa e sono stati ritrovati nel sito di Haile 21A, un’antica dolina in Florida. Assieme a loro giacevano dozzine di scheletri di altri animali, perlopiù pecari dalla testa piatta (mammiferi estinti grandi come cinghiali).

Proprio la netta prevalenza di questa specie tra i resti ossei ha fatto sospettare gli studiosi che il sito non fosse una trappola naturale, come le famose pozze di catrame di Rancho la Brea. In tal caso, infatti, ci si aspetterebbe di ritrovare resti di diverse specie in proporzione alla loro abbondanza negli ambienti circostanti. Improbabile che i pecari rappresentassero il 90% della fauna locale. A questo si somma il fatto che difficilmente un animale come il pecari sarebbe stato in grado di raggiungere il fondo della dolina volontariamente. È richiesta, insomma, una spiegazione alternativa e più plausibile. Qualcosa doveva nutrire una spiccata predilezione per il pecari, e quel qualcosa era solito trasportare i resti di questo animale all’interno della dolina.

Come suggerisce il ritrovamento dei suoi resti fossili nello stesso sito, quel qualcosa doveva proprio essere il felino Xenosmilus hodsonae.

L’arma del delitto

Analizzando alcune tracce presenti sulle ossa dei pecari, gli autori dimostrano che si tratta di segni lasciati dai denti di Xenosmilus. Le impronte prodotte con i denti di questo felino su delle placche di argilla corrispondono esattamente a quelle presenti sulle ossa fossili. Inoltre, dallo studio dei resti emerge che il responsabile del loro accumulo consumava i pecari lasciando intatta la porzione delle coste più vicina alla colonna vertebrale. Questo comportamento è tipico dei felini e ben diverso da quello di ienidi e canidi, che tendono a disintegrare anche lo scheletro assiale.

Un’altra evidenza emersa dalle analisi condotte sui resti di pecari di Haile 21A è quella che la maggior parte dei segni lasciati da Xenosmilus erano prodotti dagli incisivi e dai lunghi canini, e il consumo dei muscoli della preda poteva talvolta comportare il danneggiamento di singole porzioni delle ossa sottostanti. Tali evidenze supportano l’ipotesi che le tigri dai denti a sciabola utilizzassero i denti anteriori per strappare i muscoli dalla carcassa, senza però arrivare a rosicchiarne e disintegrarne le ossa, come fanno invece ienidi e canidi servendosi dei massicci denti carnassiali.

Quello lo lasci?

A questo punto, potremmo porci la fatidica domanda: cosa avanzava di un animale predato e consumato da una tigre dai denti a sciabola? Se di primo acchito questa domanda può sembrare triviale, la risposta potrebbe contribuire alla ricostruzione della storia evolutiva di Homo sapiens.

Come ci raccontano i reperti fossili e archeologici, tra i 3 e i 2 milioni di anni fa, le savane africane erano popolate da bande di primati bipedi, afferenti alla sottofamiglia Homininae, in grado di servirsi di rudimentali strumenti in pietra per macellare le ossa di animali ben più grandi di loro[4]. Gli interrogativi che ruotano intorno ai metodi di sussistenza di queste specie sono ancora tanti. Questi primati erano in grado di cacciare? Oppure, com’è più probabile, si limitavano a macellare i resti di animali trovati già morti? Cosa ricavavano dalle carcasse: la carne, il midollo contenuto nelle ossa, oppure entrambi?

Banalmente, la risposta a quest’ultima domanda dipende anche da cosa rimanesse delle prede dei carnivori quando venivano ritrovate da questi nostri lontani antenati. E, come suggerito dai risultati dello studio appena descritto, della preda di un felino come Xenosmilus doveva rimanere il solo scheletro. Gli ominini che si fossero ritrovati dinanzi alla carcassa, quindi, altro non avrebbero potuto fare che frantumarne le ossa e ricavarne il nutriente midollo.

Questo scenario ben si sposa con l’ipotesi che l’ingrandimento del cervello dei nostri antenati sia stato reso possibile dal consumo del midollo osseo delle prede. Questa teoria si basa sul fatto che il midollo, rispetto alla carne, è più ricco dei nutrienti essenziali alla crescita e al funzionamento del cervello, comporta un minor dispendio energetico dovuto alla masticazione, e si conserva più a lungo[5].

Nonostante ciò, bisogna considerare che Xenosmilus hodsone non è mai vissuto in Africa, diversamente da altre specie di felini dai denti a sciabola. Inoltre, ciò che resta della carcassa di un animale dipende sia dal carnivoro che lo ha predato, sia dalla mole della preda stessa.

Conclusioni

Ciò che traspare dallo studio dei fossili e dall’osservazione delle specie attuali, è che, a prescindere da quali risorse i nostri antenati riuscissero a ricavare dalle loro prede, i grandi carnivori ci hanno sempre accompagnati lungo il cammino evolutivo verso l’apice delle catene alimentari terrestri.

Referenze

  1. Hoeks S., et al. Mechanistic Insights into the Role of Large Carnivores for Ecosystem Structure and Functioning. Ecography 2020, 43, 1752–1763.
  2. Domínguez-Rodrigo M., et al. Sabertooth Carcass Consumption Behavior and the Dynamics of Pleistocene Large Carnivoran Guilds. Sci Rep 2022, 12, 6045.
  3. Antón M. Sabertooth; Life of the past; Indiana University Press: Bloomington, 2013; ISBN 978-0-253-01042-1.
  4. Pobiner B.L. The Zooarchaeology and Paleoecology of Early Hominin Scavenging. Evolutionary Anthropology 2020, 29, 68–82.
  5. Thompson J.C., et al. Origins of the Human Predatory Pattern: The Transition to Large-Animal Exploitation by Early Hominins. Current Anthropology 2019, 60, 1–23.

Immagine di copertina di Dallas Krentzel, Wikimedia Commons (CC BY 2.0)

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Sindrome dell’uomo di pietra: la storia di H. R. Eastlack https://www.biopills.net/sindrome-uomo-pietra-eastlack/ https://www.biopills.net/sindrome-uomo-pietra-eastlack/#comments Thu, 09 Jun 2022 10:15:06 +0000 https://www.biopills.net/?p=50156 Fibrodisplasia ossificante progressiva o sindrome dell'uomo di pietraLo scheletro è l’impalcatura interna del corpo umano, la struttura che sostiene il nostro corpo, ne supporta il movimento e garantisce la protezione degli organi interni. Ma proprio quest’impalcatura ossea può diventare una gabbia che costringe all’immobilità e comprime gli stessi organi che dovrebbe proteggere. È questa la sorte dei pazienti affetti da una delle […]]]> Fibrodisplasia ossificante progressiva o sindrome dell'uomo di pietra

Lo scheletro è l’impalcatura interna del corpo umano, la struttura che sostiene il nostro corpo, ne supporta il movimento e garantisce la protezione degli organi interni. Ma proprio quest’impalcatura ossea può diventare una gabbia che costringe all’immobilità e comprime gli stessi organi che dovrebbe proteggere. È questa la sorte dei pazienti affetti da una delle più rare e devastanti malattie genetiche oggi conosciute: la Fibrodisplasia Ossificante Progressiva (FOP) o sindrome dell’uomo di pietra.

Le persone colpite da questa sindrome vanno incontro a una vera e propria metamorfosi, dovuta alla formazione di tessuto osseo in aree del corpo dove non dovrebbe essere presente. Si stima che nel mondo circa 2500 persone siano affetta da FOP, ovvero una ogni 2 milioni[1].

Harry Raymond Eastlack è stato il caso più tristemente famoso di sindrome dell’uomo di pietra del XX secolo. Eastlack però non viene ricordato solo come “l’uomo di pietra”, ma anche per aver contribuito in maniera significativa alla ricerca su questa malattia.

Harry Raymond Eastlack: l’esordio della FOP

È il 1933 quando Harry Raymond Eastlack viene alla luce a Philadelphia. Si presenta ai genitori come un bambino in ottima salute, fatta eccezione per una malformazione dell’alluce destro. I dottori, però, non vi attribuiscono particolare rilevanza[2]. Harry cresce in salute, trascorrendo un’infanzia attiva e spensierata tra la passione per la musica e quella per il pallone. Ma all’età di 5 anni il corso della vita di Harry cambia per sempre.

In un normale pomeriggio primaverile Harry sta giocando in strada con la sorella Helene, quando un’auto sbanda e lo colpisce. Nonostante lo spavento iniziale, l’incidente si rivela di limitata gravità: Harry riporta la frattura del femore sinistro, che gli viene quindi ingessato costringendolo a una temporanea limitazione della sua movimentata vitalità[2].

Ma in realtà il trauma ha conseguenze molto più gravi per Harry. Conseguenze che, inizialmente silenti, iniziano a manifestarsi una volta rimossa l’ingessatura. La gamba appare, infatti, dolorosamente gonfia, infiammata e Harry scopre di non essere in grado di muovere le anche e le ginocchia. Al pronto soccorso i medici sono insospettiti da sintomi così inusuali per essere dovuti alla sola frattura dell’osso. Harry viene quindi sottoposto a un esame radiologico.

I risultati restituiti dalle lastre sono sconcertanti: il muscolo della coscia del bambino si è parzialmente trasformato in tessuto osseo[2]. Si tratta di una scoperta così assurda da lasciare confusi i dottori, che impiegano un anno per formulare una diagnosi. È infatti nel 1938, l’anno dopo l’incidente, che la famiglia Eastlack sente parlare per la prima volta di miosite ossificante progressiva, oggi nota come fibrodisplasia ossificante progressiva[3].

Storia della FOP

La sindrome dell’uomo di pietra è stata per secoli uno dei più elusivi misteri della medicina, malattia senza nome e senza spiegazione. Condizione rarissima ma sconvolgente nel suo decorso e nella sua gravità, la prima descrizione dettagliata della FOP risale a più di 250 anni fa. In una lettera alla Royal Society of Medicine datata 14 aprile 1736, John Freke riporta il caso di un ragazzo quattordicenne in cerca di una cura per la condizione che gli procurava da più di tre anni un’indicibile sofferenza. Importanti gonfiori gli nascevano da tutte le vertebre del collo e da ogni costola del suo corpo propagandosi in tutte le parti della sua schiena, formando quello che sembrava un corpetto di materiale osseo[2].

Da quel momento in avanti, diversi medici e scienziati hanno contribuito ad accrescere la conoscenza su questa malattia. Alla fine dell’800 Frankel e Helferich individuano uno degli elementi distintivi associati alla FOP, ovvero il monofalangismo e la brachidattilia dell’alluce. Nel 1868 von Dusch attribuisce a questa condizione il nome di miosite ossificante progressiva, ritenendo che la causa della formazione dell’osso in sede eterotopica fosse l’infiammazione muscolare. La malattia venne poi rinominata nel 1972 da McKusick a seguito della scoperta che l’infiammazione coinvolgeva anche i tessuti molli – tendini e legamenti- e solo secondariamente il tessuto muscolare scheletrico[2].

H. R. Eastlack: la progressione della malattia

Nonostante la malattia, H. R. Eastlack visse un’infanzia relativamente felice. Amante del cinema, si racconta che Harry avesse una poltrona riservata al centro della settima fila all’Hamilton Theatre di Philadelphia, seduta che poteva reclinare in modo da potersi sedere comodamente dal momento che non poteva piegare la gamba [2]. La FOP era all’epoca una malattia avvolta nel mistero. Nel tentativo di comprendere e trattare la sua condizione, Harry venne quindi sottoposto a diverse biopsie e a 11 interventi[2]. Questi non solo si rivelarono del tutto inutili ma anche dannosi, in quanto non fecero altro che stimolare la progressione della malattia.

In pochi anni la rigidità corporea si era diffusa dalla gamba alla schiena, al collo e al petto, costringendo Harry a vivere nella sofferenza e a dipendere sempre più dall’assistenza della madre per le attività quotidiane. Già all’età di 15 anni la mascella era permanentemente fusa, impedendogli di mangiare cibi solidi. A 10 anni dalla diagnosi, Harry venne sottoposto a un nuovo esame, che evidenziò l’inesorabile progressione della malattia: il tessuto muscolare, i legamenti e i tendini del suo giovane corpo si stavano trasformando irreversibilmente in tessuto osseo maturo[3].

In pochi anni, H. R. Eastlack si ritrovò immobilizzato e costretto alla posizione seduta, incapace di muovere gli arti, la testa e il bacino. Un secondo scheletro si era formato a partire dai suoi tessuto molli, una gabbia ossea che lo comprimeva in una rigidità priva di via di uscita e che lo avrebbe portato alla morte.

Nel 1958 Harry venne preso in carico da una struttura di assistenza per pazienti incurabili a Philadelphia[3]. Qui trascorse gli ultimi 15 anni della sua vita, se così si può chiamare un’esistenza privata della possibilità di movimento e di parola e caratterizzata esclusivamente dalla sofferenza fisica e psicologica dovuta alla metamorfosi del proprio corpo.

H. R. Eastlack: la morte e la donazione dello scheletro

Harry Raymond Eastlack muore nel 1973, a soli 39 anni, a causa di una polmonite sviluppatasi per l’inattività fisica[2]. Negli ultimi giorni di vita Harry esprime alla sorella il desiderio di donare il suo corpo alla ricerca, in modo che dallo studio del suo scheletro possano essere ricavati indizi utili per progredire nella comprensione di questa terribile malattia. Lo scheletro di H. R. Eastlack è oggi esposto al Mutter Museum di Philadelphia e la città è diventata uno dei più importanti centri di ricerca sulla FOP. Lo scheletro viene inoltre ceduto periodicamente all’Associazione Internazionale FOP per essere usato come riferimento per medici, scienziati e pazienti durante i congressi internazionali[2].

Questa malattia è stata ed è tuttora uno dei più complessi enigmi da risolvere per la medicina, sia per la sua rarità sia per l’impossibilità di eseguire analisi e interventi sui pazienti affetti per non esacerbare la loro condizione. Lo scheletro di H. R. Eastlack si è pertanto rivelato uno strumento fondamentale per la ricerca, ma è soprattutto la prova più diretta e tangibile della terribile degenerazione fisica che affligge i pazienti affetti da FOP. Gli scheletri normali, una volta rimosso il tessuto connettivo che unisce le ossa, collassano in una pila di ossa disarticolate e devono essere riassemblati con filo sottile e colla. Lo scheletro di Harry è invece fuso in un unico pezzo continuo, a causa dei ponti, delle placche e dei nastri di tessuto osseo che si sono formati nelle crisi di ossificazione eterotopica.

Osservando lo scheletro è possibile notare come nastri e lastre di osso ancorino la spina dorsale al cranio e il cranio alla mascella; fasce ossee uniscono la colonna vertebrale agli arti e immobilizzano spalle, gomiti, fianchi e ginocchia, mentre sottili ponti di tessuto osseo saldano le braccia allo sterno e attraversano la gabbia toracica[2].

Come si manifesta la FOP?

La storia di Eastlack è molto rappresentativa del tipico decorso della FOP. La malattia è, infatti, caratterizzata da un processo di ossificazione eterotopica, cioè in zone del corpo dove non dovrebbe essere presene il tessuto osseo[4]. I bambini affetti da sindrome dell’uomo di pietra non manifestano la patologia fin dalla nascita ma, come unico segno evidente, presentano una deformazione congenita dell’alluce[4]. Dall’infanzia, la malattia progredisce per tutta la vita, con un meccanismo che prevede l’infiammazione del tessuto connettivo o muscolare, che poi vengono distrutti e rimpiazzati con tessuto osseo. Questo porta, progressivamente alla fusione delle articolazioni del sistema scheletrico.

I pazienti affetti vivono quindi la straziante formazione di un secondo scheletro, che progressivamente li intrappola in una sorta di gabbia ossea. Il processo di ossificazione anomala può verificarsi improvvisamente, spesso a causa di traumi, lesioni, iniezioni intramuscolari e processi infiammatori scatenati da malattie infettive[1].

Oltre a bloccare la mobilità delle articolazioni, la FOP può causare disturbi del linguaggio e della nutrizione se l’ossificazione riguarda i muscoli della bocca. Inoltre, la crescita di tessuto osseo attorno alla gabbia toracica ne può compromettere la capacità di espansione determinando difficoltà respiratorie. Generalmente l’aspettativa di vita è di circa 40 anni e la morte sopraggiunge per complicazioni dovute a una sindrome da insufficienza toracica[1].

La scoperta del gene responsabile della FOP

Una pietra miliare nella storia della FOP è stata la scoperta nel 2006 del gene responsabile della patologia. Un gruppo internazionale di ricercatori ha infatti individuato, analizzando un insieme di soggetti affetti da FOP, una mutazione ricorrente in eterozigosi nel gene ACVR1[5]. Questo gene codifica per un recettore della proteina dell’osso tipo 1 espresso sulla superficie delle cellule staminali. In particolare questo recettore è responsabile dello sviluppo embrionale del sistema scheletrico e della sua riparazione dopo la nascita.

La mutazione individuata determina nella proteina la sostituzione di un singolo amminoacido nel dominio di attivazione del recettore[5]. Si pensa che questa variazione sia sufficiente per alterare l’attività della proteina, inducendo quindi il processo di ossificazione eterotopica.

La sindrome dell’uomo di pietra ha un modello di ereditarietà autosomico dominante: è sufficiente possedere una singola copia mutata del gene affinché la malattia si manifesti. Nella maggior parte dei casi però i soggetti affetti da FOP non hanno ereditato la copia difettosa del gene dai genitori, ma la mutazione è insorta in modo spontaneo nell’individuo stesso[4].

Prospettive per il trattamento della FOP

Ad oggi la sindrome dell’uomo di pietra non ha ancora una terapia. Ci si limita a un trattamento preventivo per ridurre il rischio di traumi e processi infettivi che innescano le crisi di ossificazione[4]. La scoperta della mutazione responsabile della malattia ha però permesso di sviluppare modelli cellulari e animali della malattia, utili per migliorare la comprensione della patofisiologia e per studiare possibili approcci terapeutici[7]. Oggi sono diversi i farmaci che hanno raggiunto la fase di sperimentazione clinica e negli ultimi anni sono emersi nuovi promettenti approcci terapeutici[6]. Tutte le terapie ad oggi sviluppate hanno come bersaglio proprio i pathway coinvolti nello sviluppo di tessuto osseo.

Sono però ancora molte le domande senza risposta che la ricerca si trova ad affrontare. Una comprensione completa dei meccanismi patofisiologici è quindi essenziale per individuare bersagli terapeutici specifici ed efficaci. Inoltre, come per tutte le malattie rare, anche la conduzione degli studi clinici risulta difficoltosa. Il numero di pazienti arruolabili è estremamente ridotto e non è possibile condurre trial clinici controllati randomizzati[7].

Immagine di copertina: scheletro di Harry Raymond Eastlack. Credits.

Referenze

  1. Fibrodisplasia Ossificante Progressiva – Orphanet
  2. F.S.Kaplan – The skeleton in the closet – Gene (2013) 528 (1), 7-11
  3. Harry Raymond Eastlack – Memento Mutter Museum
  4. Fibrodisplasia Ossificante Progressiva – Telethon
  5. Shore, E., Xu, M., Feldman, G. et al. – A recurrent mutation in the BMP type I receptor ACVR1 causes inherited and sporadic fibrodysplasia ossificans progressiva – Nat Genet (2006) 38, 525–527
  6. Wentworth, Kelly L et al. – Therapeutic advances for blocking heterotopic ossification in fibrodysplasia ossificans progressiva – British journal of clinical pharmacology (2019) 85 (6), 1180-1187
  7. de Ruiter, Ruben D et al. Fibrodysplasia Ossificans Progressiva: What Have We Achieved and Where Are We Now? Follow-up to the 2015 Lorentz WorkshopFrontiers in endocrinology (2021) 12
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Viaggi nello spazio di lunga durata grazie ai batteri https://www.biopills.net/viaggi-spazio-lunga-durata-batteri/ https://www.biopills.net/viaggi-spazio-lunga-durata-batteri/#respond Fri, 03 Jun 2022 13:04:20 +0000 https://www.biopills.net/?p=50227 Viaggi nello spazioImmaginate di essere degli astronauti e di dover vivere per 6 mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale: c’è cibo liofilizzato, acqua, e aria che potete respirare. Ma cosa accadrebbe se una o più di queste risorse si esaurisse prima del prossimo carico di rifornimento in arrivo dalla Terra? La sopravvivenza degli astronauti durante i viaggi nello […]]]> Viaggi nello spazio

Immaginate di essere degli astronauti e di dover vivere per 6 mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale: c’è cibo liofilizzato, acqua, e aria che potete respirare. Ma cosa accadrebbe se una o più di queste risorse si esaurisse prima del prossimo carico di rifornimento in arrivo dalla Terra? La sopravvivenza degli astronauti durante i viaggi nello spazio è in buona parte legata alla presenza dei sistemi di supporto vitale.

Questi sono in grado di riciclare, a partire da materiali di scarto, componenti essenziali per la vita: idrogeno, ossigeno e azoto. Quelli attualmente in uso svolgono già alcune di queste funzioni, ma non sono in grado di sostenere viaggi nello spazio che richiedono periodi di tempo più lunghi. Negli ultimi anni sono nati progetti con lo scopo di sviluppare sistemi di supporto vitale, che vedono come protagonisti alcuni organismi biologici, al fine di raggiungere una resa maggiore. Quali sono e come funzionano i sistemi attuali?

L’ECLSS e la reazione di Sabatier

L’ECLSS è il sistema di supporto vitale e di controllo basato su processi chimico- fisici, utilizzato a partire dal 2007 fino a oggi sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). I due compartimenti che lo compongono sono:

  1. Il Sistema di Generazione di Ossigeno (OGS);
  2. Il Sistema per il riciclo dell’acqua (WRS)[1].

Nell’OGS grazie a un processo detto di elettrolisi, si producono O2 e H2. L’idrogeno si usa nella reazione di Sabatier, che utilizza l’anidride carbonica (CO2) generata dall’equipaggio per produrre acqua (H2O) e metano (CH4). Il metano si avvia poi all’espulsione perché volatile e facilmente infiammabile, quindi pericoloso all’interno dell’ISS. L’acqua invece, viene convogliata insieme alle urine nel WRS, dove viene purificata per essere riutilizzata sia come risorsa primaria che nell’OGS[2].

CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O

Il problema dell’efficienza nei viaggi di lunga durata

L’ELCSS, ha un’efficienza dell’85% nel riciclare gli elementi essenziali. Questo perché, complessivamente, l’idrogeno esce dal sistema assieme al metano e non tutta l’acqua viene condensata durante la reazione di Sabatier. Il risultato è che dalla CO2 prodotta dall’equipaggio si ottiene solo il 50% di ossigeno. Molti altri prodotti di scarto, invece, vengono conservati fino al loro rientro sulla Terra, rappresentando una fonte di risorse inutilizzate.

Al momento, per evitare che sulla Stazione Spaziale Internazionale si esauriscano risorse vitali, si effettuano rifornimenti periodici che sono permessi dalla distanza rispetto cui orbita dalla Terra: 400km. Questi problemi rendono la performance dell’ELCSS insufficienti e inadatti a sostenere viaggi di lunga durata, per i quali è richiesta un’efficienza minima del 98%[3]. Come si può raggiungere una resa di questo tipo?

BLSS e MELiSSA, il futuro dei viaggi spaziali

Alla fine degli anni ’80, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), ha dato inizio a uno dei progetti considerato tra i più ambiziosi nel settore. Il progetto, ancora in via di sviluppo, rientra nella categoria chiamata Sistemi di Supporto Vitale Biorigenerativi (BLSS). Si tratta di processi chimico-fisici mediati da componenti biologiche per ottenere cibo, acqua e ossigeno, da materiale di scarto organico e inorganico. Il suo nome è MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) e il suo ciclo di recupero è diviso in 5 compartimenti:

  1. I rifiuti che vengono prodotti dall’equipaggio subiscono un processo di fermentazione a condizioni controllate. Lo svolgono alcune comunità microbiche (consorzi), che producono principalmente CO2, acidi grassi volatili e minerali, incluso NH4+;
  2. A questo punto, il batterio fotoeterotrofo Rhodospirillum rubrum, sfrutta gli acidi grassi per ottenere biomassa, che può servire come ulteriore fonte di nutrimento, e allo stesso tempo rimuove gli acidi grassi dal ciclo, isolando NH4+ e assicurando un corretto funzionamento della fase successiva;
  3. Qui l’NH4+ viene metabolizzato da un consorzio batterico composto da Nitrosomonas europaea Nitrobacter winogradskyi che producono lo ione nitrato NO3, ;
  4. In questo compartimento, le piante e quelli che vengono chiamati cianobatteri, sfruttano questa molecola come fertilizzante. I processi che si susseguono in questa fase portano cibo, acqua e ossigeno all’equipaggio, attraverso il quale il ciclo ricomincerà[4];
  5. L’equipaggio consuma le risorse e produce scarti che rientrano nel ciclo.

Questo processo quindi sarebbe in grado di fornire un’efficienza sufficiente ad affrontare viaggi di lunga durata nello spazio. Tuttavia sono presenti alcune criticità legate alla sopravvivenza e alla resa dei microorganismi dovute alle condizioni fisiche cui essi sono sottoposti.

Microgravità, radiazioni e condizioni di crescita nello spazio

Le due grandi differenze che i microorganismi devono affrontare nello spazio rispetto alla Terra sono:

  • l’assenza di gravità
  • radiazioni più intense.

Questi due fattori sono molto importanti nei viaggi nello spazio, infatti, sono da considerare elementi fondamentali tra le condizioni di crescita di organismi e microorganismi. Tutti gli organismi sulla Terra sono adattati a una gravità e a una certa intensità di radiazioni, fatta eccezione per alcuni, come ad esempio i funghi radiotrofici che vivono e crescono in prossimità di radiazioni a concentrazioni elevate.

Durante i viaggi nello spazio invece, le radiazioni ionizzanti sono più intense. Queste possono causare danni diretti e indiretti alle molecole biologiche, soprattutto se si considera un’esposizione prolungata. Grazie a meccanismi di riparazione del DNA e complesse risposte fisiologiche ancora non ben definite, determinati microorganismi riescono a sopravvivere e a svolgere le loro funzioni principali[5]. Tra quelli citati, R.rubrum è stato selezionato per la capacità di svolgere il suo metabolismo nonostante queste condizioni.

Inoltre, per stabilire come l’assenza di gravità influisca sui microorganismi, sono state effettuate delle prove sull’ISS e a gravità simulata sulla Terra. A quanto pare l’assenza di gravità influisce su tutti gli aspetti biologici della cellula batterica. Nonostante si sappia ancora poco sulle risposte molecolari delle cellule batteriche gli studi sui consorzi di MELiSSA sono promettenti. Dopo 7 giorni, i consorzi batterici sull’ISS subiscono una riduzione generale della biomassa, ma svolgono con successo i loro processi di nitrificazione[5]. Quindi dove possiamo arrivare oggi e dove potremmo arrivare domani?

Conclusioni

I sistemi di supporto vitale biorigenerativi giocheranno ruoli applicativi chiave in futuro, sia sulla Terra che nello spazio, rivoluzionando le tecnologie di oggi. Attualmente sono in corso i preparativi del programma ARTEMIS che riporterà l’uomo sulla Luna nel 2025 e porrà le basi per viaggi spaziali a più lunghe distanze, come ad esempio verso Marte. Sistemi BLSS come MELiSSA, oggi sono in sviluppo per supportare la vita umana sulle basi lunari. Dalla Luna, infatti, si potrà raggiungere il pianeta rosso con facilità, e forse anche pianeti più distanti del nostro sistema solare. Sulla Terra, invece, i BLSS potrebbero trovare potenziale applicativo nell’industria per il recupero e il riciclo di materie prime, con lo scopo quindi di aiutare a risolvere problemi ambientali[5]. Per minimizzare i costi e massimizzare l’efficienza e la stabilità di questi sistemi sono necessarie ulteriori ricerche e la riuscita nella realizzazione di questi progetti sarà possibile solamente integrando aspetti ingegneristici con quelli biotecnologici.

Referenze

  1. Bagdigian et Al. 2015. “International Space Station Environmental Control and Life Support System Mass and Crewtime Utilization in Comparison to a Long Duration Human Space Exploration Mission”, in 45th International Conference on Environmental Systems;
  2. Greenwood et Al. 2018. “State of NASA Oxygen Recovery”, in 48th International Conference on Environmental Systems;
  3. Pickett, M.T. et Al. 2020. “Regenerative water purification for space applications: needs, challenges, and technologies towards closing the loop”. Life Sci Space Res 24, 64-82;
  4. Ilgrande, C. et Al 2019b. “Reactivation of microbial strains and synthetic communities after a spaceflight to the international space station: corroborating the feasibility of essential conversions in the MELiSSA loop”. Astrobiology 19, 1167-1176;
  5. Verbeleen, T. et Al 2021. “Development of nitrogen recycling strategies for bioregenerative life support system in space”. Frontiers in microbiology 12, 1-17.
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Cos’è la citizen science? https://www.biopills.net/citizen-science/ https://www.biopills.net/citizen-science/#respond Mon, 28 Mar 2022 10:10:33 +0000 https://www.biopills.net/?p=49648 Citizen ScienceCitizen science, scienza dei cittadini o scienza collaborativa, è una modalità di ricerca che coinvolge persone non formate in ambito scientifico[1, 4]. È un approccio di crescente interesse e applicazione che contribuisce in modo importante a molte branche di ricerca, come lo studio della crisi climatica e il monitoraggio di molte specie animali e vegetali[2, […]]]> Citizen Science

Citizen science, scienza dei cittadini o scienza collaborativa, è una modalità di ricerca che coinvolge persone non formate in ambito scientifico[1, 4].

È un approccio di crescente interesse e applicazione che contribuisce in modo importante a molte branche di ricerca, come lo studio della crisi climatica e il monitoraggio di molte specie animali e vegetali[2, 5]. In particolare, la citizen science è esplosa nel 2020, quando la pandemia ha limitato la possibilità di ricerche sul campo e ha fornito uno sfogo a molte persone in lockdown, che hanno iniziato a cimentarsi in progetti di scienza partecipata tramite computer o telefono. Ne è stato un esempio l’esperimento “#lascienzasulbalcone“, che ha permesso di misurare l’inquinamento luminoso nel nostro paese[3].

Cos’è la citizen science?

Secondo il Cambridge English Dictionary, la citizen science è “il lavoro scientifico, come la raccolta di informazioni, effettuata da persone comuni senza qualificazioni speciali, per aiutare il lavoro degli scienziati”[4]. Sembra che questa pratica risalga ai primi del Novecento, quando la National Audubon Society, organizzazione ambientale statunitense dedicata alla conservazione degli uccelli, iniziò a chiedere ai cittadini di contribuire a una conta annuale per il monitoraggio degli uccelli (Christmas Bird Count)[2].

I progetti di citizen science sono sfruttati soprattutto in ambito naturalistico e ambientale, ma anche in medicina, genetica, fisica, astronomia, geologia, sociologia, ingegneria, esobiologia e altre branche scientifiche[2, 3, 5, 6].

Tipi di scienza collaborativa

Esistono tre tipi di citizen science, in cui le persone possono essere più o meno attive e coinvolte nella raccolta, nell’elaborazione e nell’analisi di dati scientifici[2].

  • Nella co-created citizen science, le persone collaborano con i ricercatori nello sviluppo della ricerca su più livelli, dalla sua creazione ai passaggi successivi. Ne è un esempio l’iniziativa PROMS, guidata dall’Associazione Italiana Sclerosi Multipla, in cui le persone con sclerosi multipla partecipano alla ricerca sulla malattia[2, 6].
  • Nei progetti di crowd-sourcing, i cittadini mettono a disposizione dei ricercatori computer, telefoni e altri oggetti che aiutano passivamente nella raccolta o nell’elaborazione di dati. Ne sono un esempio i dispositivi indossabili che aiutano la ricerca in ambito medico e i progetti “@home”. Uno dei più noti e tra i primi ad aver raggiunto un vasto pubblico è Folding@home, in cui gli scienziati, per velocizzare l’elaborazione di grandi moli di dati, sfruttano la potenza di calcolo dei computer di chiunque voglia collaborare al progetto[2, 6].
  • Nella citizen science più classica, le persone contribuiscono tramite la raccolta dei dati, ad esempio tramite app che monitorano l’inquinamento (come NoiseTube per l’inquinamento acustico) o la condivisione di foto (come per il monitoraggio delle specie con iNaturalist e Ornitho)[2, 3].

A cosa serve la citizen science?

Il più grande vantaggio della partecipazione dei cittadini alla ricerca scientifica è la produzione di grandi moli di informazioni[2]. Ad esempio, senza il contributo dei volontari, sarebbe impossibile monitorare in modo estensivo e costante spostamenti di animali o cambiamenti climatici[5]. Inoltre, i cittadini aiutano a elaborare quantità di dati che altrimenti sarebbero impenetrabili. Questo, installando software che fanno elaborare dati ai computer quando non sono in uso, ma anche tramite l’uso di giochi di citizen science, come nel caso di Genigma, con il quale si elaborano geni per aiutare la comprensione del cancro[6].

Il coinvolgimento attivo dei volontari nella ricerca consente anche scambi di punti di vista che arricchiscono gli scienziati. In tutti questi modi, la scienza dei cittadini produce conoscenza che altrimenti non potrebbe esistere[1, 2].

La scienza amica e la scienza democratica

La citizen science ha anche il grande merito di avvicinare la scienza a persone che ne diffidano. In tal modo, può anche migliorare comportamenti dannosi o pericolosi. Ad esempio, i volontari di un progetto di Citizen Science a tema ambientale possono autosensibilizzarsi e ridurre il proprio impatto ambientale e saranno pronti, a loro volta, a sensibilizzare altri sul tema[2].

Ma la maggiore conoscenza scientifica ha anche un risvolto più forte. Secondo la European Citizen Science Association (ECSA), la scienza collaborativa migliora la democrazia, perché rende i cittadini più formati e sensibilizzati laddove occorre prendere decisioni che richiedono competenze scientifiche. Decisioni che siamo chiamati sempre più spesso a prendere: ad esempio, eutanasia, uso di cannabis e sfruttamento dell’energia nucleare sono tutti temi di grande impatto su tutti che richiedono di essere ponderati grazie a nozioni scientifiche[2, 7].

«Tanto la scienza ha oggi bisogno della democrazia quanto la democrazia ha bisogno della scienza.»

Umberto Cerroni

Limiti della scienza dei cittadini

La citizen science non è esente da critiche nella comunità scientifica, soprattutto per quanto riguarda l’attendibilità. Diversi autori sostengono che persone non formate in ambiti scientifici potrebbero raccogliere o elaborare i dati in un modo che vi immette degli errori. Per questa ragione, è fondamentale che i cittadini siano informati correttamente su quanto è loro richiesto[2].

Vi sono anche dei dilemmi etici: dal momento che i dati sono forniti da tutti i partecipanti, quanto devono essere estesi i riconoscimenti? Un problema che aggrava un’ulteriore tematica: il problema del coinvolgimento. Spesso è difficile trovare i volontari, soprattutto in progetti a livello locale, e capita che quelli coinvolti abbandonino la ricerca perché non sufficientemente motivati[2].

I dieci principi della citizen science

Per limitare gli svantaggi della scienza dei cittadini, un gruppo internazionale di ricercatori ha individuato dieci principi che garantiscono e comprovano la qualità dei progetti di scienza collaborativa. In particolare, è possibile suddividere queste indicazioni in due macrocategorie.

Il ruolo della citizen science e dei cittadini

I primi punti definiscono il significato e i contributi della scienza dei cittadini, specificando il ruolo che le persone hanno in questi progetti e i benefici che ne ricavano[1].

  • I progetti di scienza dei cittadini coinvolgono attivamente i cittadini in attività scientifiche che generano nuova conoscenza o comprensione. I cittadini possono agire come contributori, collaboratori o come leader di progetto e avere un ruolo significativo.
  • I progetti di citizen science danno veri e propri risultati scientifici. Ad esempio, rispondere a una domanda di ricerca o informare per interventi di conservazione, scelte di gestione o politica ambientale.
  • Sia gli scienziati professionisti sia i citizen scientist traggono vantaggio dalla partecipazione a questi progetti. I vantaggi possono includere la pubblicazione di risultati di ricerca, opportunità di apprendimento, piacere personale, benefici sociali, soddisfazione attraverso il contributo all’evidenza scientifica per, ad esempio, affrontare questioni locali, nazionali e internazionali e, attraverso di esse, la possibilità di influenzare le politiche.
  • I volontari possono, se lo desiderano, partecipare a più fasi del processo scientifico. Questo può includere lo sviluppo della domanda di ricerca, la progettazione del metodo, la raccolta e l’analisi dei dati e la comunicazione dei risultati.

Aspetti etici

La seconda parte dei principi della citizen science definisce regole a tutela dei diritti dei volontari che partecipano al progetto[1].

  • I citizen scientist ricevono feedback dal progetto. Ad esempio, su come i loro dati sono utilizzati e su quali esiti scientifici, politici o sociali comportano.
  • La citizen science è considerata un approccio di ricerca come un altro, con limitazioni e bias che devono essere considerati e controllati. Tuttavia, a differenza degli approcci di ricerca tradizionali, la scienza dei cittadini offre opportunità per un maggiore coinvolgimento pubblico e per la democratizzazione della scienza.
  • I dati e i metadati del progetto di scienza collaborativa sono resi pubblici e, ove possibile, i risultati sono pubblicati in formato open access. La condivisione dei dati può avvenire durante o dopo il progetto, a meno che non vi siano problemi di sicurezza o privacy che lo impediscano.
  • I citizen scientist ricevono riconoscimenti nei risultati e nelle pubblicazioni del progetto.
  • I progetti di scienza dei cittadini sono valutati in base ai loro risultati scientifici, alla qualità dei dati, all’esperienza dei partecipanti e all’impatto più ampio sulla società o sulle politiche.
  • I leader dei progetti di scienza collaborativa prendono in considerazione questioni legali ed etiche relative a copyright, proprietà intellettuale, accordi di condivisione dei dati, riservatezza, attribuzione e impatto ambientale di qualsiasi attività.
citizen science, open data e open access
La citizen science è considerata uno degli elementi della open science. Immagine rielaborata da Jolanda Serena Pisano per BioPills da Editorial – OSPA.

Dove trovare progetti di citizen science

I progetti di scienza dei cittadini sono centinaia e in costante aggiornamento. Siti dove è possibile cercarli, selezionandoli in base al periodo di attività, ai paesi coinvolti e alla possibilità di contribuire da casa sono[3, 5, 6]:

Segnaliamo, inoltre, le iniziative di scienza dei cittadini del MUSE di Trento e la pagina di Wikipedia sui progetti di citizen science.

Referenze

  1. Stockholm Environment Institute, 2018. Ten principles of citizen science.
  2. Valentina Meschia, 2016. Citizen science: la scienza di tutti. Scienza in rete.
  3. Il Post, 2021. È stato un grande anno per la scienza partecipata.
  4. Cambridge English Dictionary, meaning of citizen science in English. Cambridge University Press.
  5. Jolanda Serena Pisano, 2021. App di citizen science per il clima e la natura. Colpo di Scienza.
  6. Jolanda Serena Pisano, 2021. Progetti di citizen science per la salute. Colpo di Scienza.
  7. Pietro Greco, 2018. Intervento di Pietro Greco. Riportato su Senato della Repubblica.
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Ipazia d’Alessandria: la vera storia https://www.biopills.net/ipazia-dalessandria/ https://www.biopills.net/ipazia-dalessandria/#respond Fri, 25 Mar 2022 12:00:54 +0000 https://www.biopills.net/?p=49691 Ipazia D'AlessandriaSi dice che fosse talmente saggia e sapiente che i regnanti di diversi paesi del mondo la consultavano per prendere decisioni. Matematica, astronoma e filosofa di grande prestigio, Ipazia d’Alessandria nacque intorno all’anno 370 dell’era volgare e morì assassinata nel 415 da un gruppo di fanatici cristiani. Di lei non ci rimangono opere, ma alcune […]]]> Ipazia D'Alessandria

Si dice che fosse talmente saggia e sapiente che i regnanti di diversi paesi del mondo la consultavano per prendere decisioni. Matematica, astronoma e filosofa di grande prestigio, Ipazia d’Alessandria nacque intorno all’anno 370 dell’era volgare e morì assassinata nel 415 da un gruppo di fanatici cristiani. Di lei non ci rimangono opere, ma alcune testimonianze e molte congetture[1-7]. Cosa c’è di certo e cosa, invece, è leggenda?

La nascita di Ipazia d’Alessandria

Nel quinto secolo, Alessandria era la capitale d’Egitto: popolosa e viva, tra i suoi edifici più iconici si annoveravano il Faro, una delle sette Meraviglie del mondo antico, e la centenaria biblioteca, che conservava migliaia di rotoli di pergamena di molte epoche diverse. La città era ricca di templi come il Serapeo e il Caesareum, eretto da Cleopatra VII in onore dell’amante Giulio Cesare e in seguirto dedicato al culto dell’imperatore. Sede anche di importanti istituzioni scientifiche come il Museion, Alessandria era un grande polo culturale e religioso: infatti, nonostante il governatore fosse il praefectus augustalis, un’autorità provinciale inviata dall’imperatore d’Oriente, il vescovo della città era una figura ricca e influente[1-4].

mappa dell'Impero Romano nel 400 avanti Cristo
L’Impero Romano intorno al 400 e.v. Immaghine rielaborata da mappa 1 e mappa 2 da Jolanda Serena Pisano per BioPills. https://www.heritage-history.com/ssl/cds/ancient_rome/maps/shepherd/shep042-043.jpg WorldHistory https://www.worldhistory.org/Western_Roman_Empire/

Teone d’Alessandria era uno dei più illustri maestri della capitale. Matematico e astronomo, tramandò diversi scritti, tra cui un metodo per estrarre le radici quadrate e due commentari per le opere “Elementi” di Euclide e “Almagesto” di Tolomeo. Quando nacque sua figlia, iniziò a trasmettere queste conoscenze anche a lei:῾Υπατία, un nome che “evocava un’idea di eminenza”. Sarebbe stata la sua erede, come prevedeva la diadoche, una sorta di tradizione iniziatica di avvicendamento dei maestri della filosofia neoplatonica[1, 5].

Probabilmente orfana di madre, sin da piccola la curiosa Ipazia crebbe nello studio del padre, apprendendo tutto ciò che sapeva. Dalla filosofia neoplatonica assorbì l’austerità, la schiettezza, la spiritualità, l’apertura al dialogo e la ricerca della verità. L’ideale di vita greca (hellenike diagoge) descritto dagli antichi come “il metodo più fertile e più efficace per coltivare la mente”[1, 6].

Il fascino di Ipazia

Più tardi, dopo aver approfondito le sue conoscenze anche ad Atene e in Italia[4], Ipazia divenne così capace che, ancora ragazza, le offrirono la cattedra di una delle più importanti scuole di Alessandria. Maturò in una donna distinta, tollerante, persuasiva, appassionata: abile ed equilibrata nella parola, ma anche decisa nelle azioni.

Si narra che nelle conoscenze scientifiche, filosofiche e politiche avesse superato il padre; Socrate Scolastico, storico suo contemporaneo, scrisse che: “Era arrivata a un tale vertice di sapienza da superare di gran lunga tutti i filosofi della sua cerchia“. Non a caso i potenti dell’epoca spesso la consultavano per prendere decisioni e le chiedevano di fare da intermediaria negli scontri politici. Nonostante fosse pagana, era stimata anche da alcuni cristiani, come il vescovo e suo allievo Sinesio di Cirene, ed era ammirata anche da molti di coloro che la ritenevano inferiore in quanto donna[1, 4, 7].

Attrice nelle vesti di Ipazia d'Alessandria
Attrice anonima che interpretò Ipazia d’Alessandria nel 1900. Immagine di dominio pubblico.

Tutte le fonti la descrivono come molto bella, anche se non conosciamo dettagli sul suo aspetto. I suoi studenti, che talvolta avevano anche un’età superiore alla sua,  spesso s’innamoravano e la corteggiavano. Lei li respingeva duramente, ricordando loro che il desiderio fisico è legato al corpo e alla nostra spinta a perpetrare la specie: un impulso da sublimare, trasformandolo in amore del sapere[1]. Non a caso si dice che Ipazia, che non convolò mai a nozze, si descrivesse come “sposata alla verità”[7].

Alcune fonti riportano che dopo aver respinto uno studente avesse mostrato alla classe un panno sporco di sangue mestruale: l’emblema della corporeità. Si tratta probabilmente di un’estremizzazione, ma è certo che Ipazia fosse provocatoria. D’altronde, spesso era l’unica donna presente a riunioni di soli uomini, talvolta anche molto potenti: situazioni che non la intimidivano[1].

L’opera di Ipazia

Filosofia, scienza e religione erano campi dai confini labili, che si contaminavano a vicenda. L’astronomia e la matematica rappresentavano un linguaggio universale, su cui si fondava una spiritualità tramandata da secoli e diffusa fino all’India: la Tradizione, che vedeva figure divine e semidivine nei disegni degli astri e dei numeri. Così, i neoplatonici non erano solo filosofi e scienziati, ma anche occultisti, che ai propri studenti tramandavano principi mistici[1].

Ipazia era una maestra di alto rango che guidava la corrente neoplatonica più importante dell’epoca. Ne tramandava le conoscenze agli aristocratici, sia in lezioni private (idia) per pochi eletti, presso la propria casa, sia in lezioni pubbliche (demosia). Queste non si svolgevano nelle piazze, ma in luoghi come il Museion e il Serapeo, il tempio sorretto da più di cento colonne dedicato a Serapide, la divinità che dominava l’aldilà, l’Ade, e incarnava il potere dei monarchi. Questo dio, venerato da pellegrini che giungevano anche dall’Oriente, era rappresentato da una statua alta e possente, di una lega metallica bluastra e ricoperta da un mantello adornato da pietre preziose[1, 2].

astrolabio piatto
Un astrolabio piatto, simile a quelli che realizzò Ipazia d’Alessandria. Foto di Ángel M. Felicísimo, condivisa secondo la licenza CC BY-SA 4.0.

Delle opere di Ipazia d’Alessandria non ci rimane nulla. Non è noto se abbia scritto testi originali, o se abbia precorso i tempi con le sue osservazioni celesti. Sappiamo, però, che la scienziata realizzò commenti e rivisitazioni di opere di algebra, geometria e astronomia di autori classici, come Diofanto, Apollonio di Perga e Tolomeo. Ad esempio, indagò diversi tipi di equazioni (indeterminate e quadratiche), le sezioni coniche e le figure geometriche che ne derivano (cerchio, ellissi, parabola, iperbole) e i moti dei corpi celesti[1, 2, 4].

Per approfondire i suoi studi, Ipazia si dedicò anche alla meccanica. Inventò e fece realizzare ai suoi studenti almeno tre strumenti: un idroscopio (per misurare la densità dei liquidi), un aerometro (che misurava la densità di alcuni gas) e un astrolabio piatto. Quest’ultimo strumento, che consentiva di localizzare gli oggetti celesti, era formato da due dischi metallici forati che potevano ruotare l’uno sull’altro grazie a un perno rimovibile[1, 4].

Le tensioni religiose e politiche

Nel quinto secolo, nelle terre greche e romane convivevano molti credi religiosi differenti, con forti attriti ideologici e politici. In particolare, i cristiani erano in aperta critica con le altre correnti religiose del mondo antico. Disapprovavano i pagani e, in parte minore, le loro filosofie. Si scontravano con gli ebrei, che ritenevano “deicidi” e che ricambiavano l’ostilità descrivendo il cristianesimo come devianza dell’ebraismo. La corrente principale della cristianità antica (il futuro cattolicesimo) disprezzava le eresie sorte in seguito ai primi Concili ecumenici, ovvero quei gruppi di cristiani, poi organizzatisi in proprie Chiese, che interpretavano la Bibbia diversamente da loro, ad esempio sostenendo che il dio cristiano non fosse una trinità (correnti come il nestorianesimo, l’arianesimo e il monofisismo)[1, 3].

Il 27 febbraio del 380, il nuovo imperatore d’Oriente Teodosio I, insieme agli imperatori di Occidente Graziano e Valentiniano II, emise l’Editto di Tessalonica, anche detto “editto di intolleranza”. Questo imponeva il cristianesimo cattolico come unica religione ufficiale dell’Impero Romano e vietava altri culti, quali l’arianesimo e il paganesimo; inoltre, fortificò il potere dei vescovi[1, 3, 8]. In questo clima di tensione gli scontri per la supremazia politica e religiosa degeneravano spesso in disordini violenti per le strade e fu proprio in questo periodo che i cristiani cercarono e ottennero gesti di elevato valore simbolico come la conversione del Caesareum in chiesa cristiana.

L’Editto di Tessalonica

«Gli imperatori Graziano, Valentiniano e Teodosio Augusti. Editto al popolo della città di Costantinopoli.

Vogliamo che tutti i popoli che ci degnamo di tenere sotto il nostro dominio seguano la religione che san Pietro apostolo ha insegnato ai Romani, oggi professata dal Pontefice Damaso e da Pietro, vescovo di Alessandria, uomo di santità apostolica; cioè che, conformemente all’insegnamento apostolico e alla dottrina evangelica, si creda nell’unica divinità del Padre, del Figlio e dello Spirito Santo in tre persone uguali. Chi segue questa norma sarà chiamato cristiano cattolico, gli altri invece saranno considerati stolti eretici; alle loro riunioni non attribuiremo il nome di Chiesa. Costoro saranno condannati anzitutto dal castigo divino, poi dalla nostra autorità, che ci viene dal Giudice Celeste.

Dato in Tessalonica nel terzo giorno dalle calende di marzo, nel consolato quinto di Graziano Augusto e primo di Teodosio Augusto»[8]

I primi scontri

Sulla base dell’editto, il vescovo di Alessandria, Teofilo, spinse i cristiani egiziani a manifestazioni violente. Dalla sua parte erano schierati, infatti, i monaci di Wadi-el-Natrun, eredi di eremiti cristiani che, secondo le fonti, avevano sviluppato uno spirito brutale e un odio verso la società. Sulla spinta di Teofilo, questi estremisti incendiarono diversi santuari pagani ed ebraici[1, 3].

Nel 391, i fanatici religiosi arsero anche il Serapeo, la sua biblioteca e parte della grande biblioteca di Alessandria. Si narra che ebbero un trattamento particolare per la statua di Serapide: la decapitarono, poi diedero fuoco ai frammenti del corpo e trascinarono la testa in giro per la città per umiliare i pagani, che avevano adorato quella figura. Nello stesso anno, Teodosio rese il Cristianesimo religione di stato e nel 392 emanò una legge che in Egitto vietava il sacrificio agli dei pagani, pena la morte[1, 3].

Ipazia e Cirillo

Nel 412, a Teofilo succedette Cirillo, ancora più estremo nelle sue posizioni. La maggior parte dei cristiani, infatti, non condivideva le sue decisioni, come quella di sostituire a Iside la figura di due martiri cristiani nella città di Menuthis. Il nuovo vescovo fece del Caesareum il proprio quartier generale; poi, nel 414, portò alcuni recenti scontri sanguinosi tra ebrei e cristiani al culmine. Reclutò i monaci di Wadi-el-Natrun nel corpo dei parabalani, chierici dedicati all’assistenza e alla sepoltura dei malati che costituivano la sua milizia privata, e li scatenò contro gli ebrei. Derubati di tutto, furono cacciati da Alessandria[1, 7].

Il prefetto augustale di Alessandria, Oreste, condannò il gesto: inviò una protesta ufficiale a Costantinopoli. A causa di questa reazione, tra Oreste e Cirillo si accese una guerra. Il prefetto, nel corso di un viaggio in carrozza, subì un assalto in cui venne colpito da una pietra; Cirillo elogiò pubblicamente questo gesto, rendendo impossibile ogni tentativo di riconciliazione[1].

Ma Oreste era malvisto anche da molte altre figure cattoliche, perché, nonostante fosse cristiano, gestiva il proprio potere in modo laico. E in questo quadro s’inseriva anche Ipazia, perché era in buoni rapporti con lui. Come scrive Socrate Scolastico: “Il fatto che Ipazia si incontrasse spesso con Oreste fece nascere nel popolo della Chiesa il sospetto che in realtà fosse proprio Ipazia a non lasciare che Oreste si riconciliasse con il loro vescovo”. Alcuni cristiani pensarono che fosse una strega e che avesse indotto il prefetto augustale e molti altri a perdere la fede[1, 2].

Come racconta Suida, il culmine si ebbe quando Cirillo passò di fronte a casa di Ipazia e vide che era molto frequentata da coloro che la consultavano e apprendevano da lei. L’episodio avrebbe portato il vescovo alla decisione fatale: “Cirillo si sentì mordere l’anima: fu per questo motivo che organizzò ben presto l’assassinio di lei, la più empia di tutte le uccisioni”[1, 7].

La morte di Ipazia d’Alessandria

Nel 415 e.v., Ipazia stava tornando a casa in carrozza, quando una folla di cristiani la afferrò, la trascinò sulla strada e la denudò. In gruppo, la trascinarono nel Caesareum, dove la smembrarono con l’aiuto di cocci e le cavarono gli occhi mentre era ancora viva. Poi sparsero i suoi resti per la città e diedero loro fuoco[1-3, 6].

L’atto, probabilmente commissionato da Cirillo per ideologia o fame di potere, fu condannato da molti. Ma non dall’imperatrice di fatto, l’estremista Pulcheria, che reggeva il trono dell’imperatore bambino Teodosio II. Né da altri politici, che erano stati corrotti. Così, l’inchiesta fu insabbiata e il crimine restò impunito[1, 3]. Oreste fu spinto ad accontentarsi di alcuni provvedimenti relativi ai parabalani: ridotti in numero, fu vietato il loro ingresso nelle città e il loro controllo divenne subordinato ai prefetti augustali[1].

ipazia incisione 1701
Ipazia viene tirata fuori dalla sua carrozza dai cristiani (Hypatia door eenige booswichte van een wagen gerukt, en na de kerk gesleept), Jan Luyken, incisione del 1701. Immagine di dominio pubblico.

L’eredità di Ipazia d’Alessandria

Ipazia era l’ultima erede della Scuola di Alessandria, ma la sua morte non segnò la fine del Neoplatonismo. La paideia, ovvero l’educazione ellenica che la filosofa tramandava, sopravvisse fino al Rinascimento e contaminò il culto cristiano e le filosofie a venire[1].

L’assassinio di Ipazia, che probabilmente rappresentò un danno collaterale del tentativo di distruzione del potere statale da parte dei capi cristiani più avidi, ha molto colpito gli intellettuali dei secoli a venire, facendo di lei la scienziata più famosa dell’antichità e una delle poche a essere citata in quasi tutte le opere che parlano di storia della scienza[1, 4].

cratere dedicato a Ipazia d'Alessandria
A partire dall’Ottocento, a Ipazia d’Alessandria sono state dedicate anche entità celesti, come il cratere lunare Ipazia[1]. Immagine di dominio pubblico.
Storici, scrittori, filosofi e altre decine di figure che hanno parlato di Ipazia d’Alessandria nei secoli l’hanno descritta in molti modi diversi, in base alla propria epoca. Alcuni l’hanno dipinta come una socialista, altri come una protofemminista, altri ancora persino come una santa cristiana (secondo alcuni, Santa Caterina d’Alessandria sarebbe un falso storico ispirato alla sua storia). È stata, insomma, spesso presa a esempio per rappresentare tesi o ideologie[1]. Ma ciò che Ipazia ha più spesso simboleggiato è lo scontro tra l’intellettuale moderato contro la massa fanatica; la conoscenza che si perde per sempre quando prevalgono l’estremismo e il populismo[1, 2].

Ipazia nell’arte

dipinto che ritrae Ipazia d'Alessandria nuda in una chiesa, che tiene i lunghi capelli a coprirle parte del corpo
“Ipazia”, Charles William Mitchell, 1885. Immagine di dominio pubblico.

A causa del suo intelletto e della sua tragica fine, Ipazia d’Alessandria, “martire eroica”, ha ispirato molti scritti: libri, poesie e opere teatrali. È stata rappresentata in diversi dipinti, che potrebbero includere anche il celebre affresco “La scuola di Atene” di Raffaello Sanzio. Infatti, il viso che le si attribuisce appartiene probabilmente a un amico del pittore, Francesco Maria della Rovere[1, 7].

La scienziata compare anche in alcuni fumetti, come una storia di “Corto Maltese” e “Monument Valley” di Zagor, ed è celebrata nel brano musicale “Anno 410” di Salvatore Sciarrino[7]. Ed è celebre il film liberamente ispirato alla storia di Ipazia girato nel 2009, “Agorà” di Alejandro Amenábar. Segni che, forse, Ipazia d’Alessandria non morirà mai davvero.

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Referenze

  1. Silvia Ronchey, 2011. Ipazia: la vera storia. BUR saggi. ASIN: B0067BGQKE.
  2. Treccani, 2013. Ipazia d’Alessandria. Treccani.
  3. National Geographic Historia, 2016. Hipatia, la científica de Alejandría.
  4. Sara Sesti e Liliana Moro, 2018. Scienziate nel tempo – Più di 100 biografie. Ledizioni, ISBN 9788867057733.
  5. Treccani, Teone di Alessandria.
  6. Il Post, 2017. L’assassinio di Ipazia, 1600 anni fa.
  7. Sylvie Coyaud, Ipazia. Enciclopedia delle donne.
  8. Michele Strazza, 2015. L’editto di Tessalonica del 380 d.C. Tuttostoria.
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Triantha occidentalis: una nuova pianta carnivora? https://www.biopills.net/triantha-occidentalis/ https://www.biopills.net/triantha-occidentalis/#respond Sun, 20 Mar 2022 09:12:45 +0000 https://www.biopills.net/?p=49459 Triantha occidentalisLe piante carnivore sono tra i vegetali che più affascinano l’uomo. In genere pensiamo alla Dionaea muscipula, la venere acchiappamosche, le cui foglie, come fauci spietate, intrappolano le prede con uno scatto fulmineo. Ma il mondo delle piante carnivore è estremamente vario e comprende oltre 800 specie appartenenti a 13 famiglie e 20 generi diversi. […]]]> Triantha occidentalis

Le piante carnivore sono tra i vegetali che più affascinano l’uomo. In genere pensiamo alla Dionaea muscipula, la venere acchiappamosche, le cui foglie, come fauci spietate, intrappolano le prede con uno scatto fulmineo. Ma il mondo delle piante carnivore è estremamente vario e comprende oltre 800 specie appartenenti a 13 famiglie e 20 generi diversi. Vi sono numerose strategie di carnivoria che prevedono trappole a caduta, pensiamo ai generi Sarracenia e Nepenthes, trappole collanti come in Drosera o trappole ancora più sofisticate come in Utricularia. Queste piante vivono in genere in ristagni d’acqua e predano principalmente microorganismi. Li catturano per aspirazione attraverso particolari trappole, chiamate utricoli, al cui interno si genera il vuoto.

Le piante carnivore, che già nel diciannovesimo secolo avevano suscitato l’interesse di Charles Darwin tanto da dedicargli il libro Insectivorous plants, non cessano ancora di stupirci. È infatti dell’estate scorsa una notizia che ha destato molto clamore nella comunità dei botanici e appassionati di questi vegetali. Si tratta della scoperta di una nuova pianta carnivora, la Triantha occidentalis (S. Watson) R. R. Gates, già nota da tempo, ma di cui si ignoravano le capacità insettivore. Erano anni che non si identificavano nuove specie carnivore ma se la scoperta fosse confermata si tratterebbe addirittura di una nuova famiglia.

Caratteristiche botaniche ed ecologiche

La Triantha occidentalis è una pianta monocotiledone appartenente alla famiglia delle Tofieldiaceae. Vive in aree paludose e sfagneti, poveri di nutrienti, sulla costa occidentale del Nord America, dalla California all’Alaska. Si trova spesso associata ad altre piante carnivore del genere Pinguicula e Drosera con cui condivide gli stessi ambienti, preferendo però le stazioni più soleggiate e asciutte.

La pianta ricorda i nostri asfodeli, presenta alla base una rosetta di 3-5 foglie lunghe fino a 50 cm e larghe 1. Quando è in fioritura, in genere tra luglio e settembre, produce uno scapo alto anche fino a 80 cm che termina con i fiori in gruppi di tre (da qui il nome). La carnivoria si manifesterebbe proprio a livello dello scapo fiorale. Questo presenta una serie di peli appiccicosi su cui rimangono intrappolati piccoli insetti, prevalentemente moscerini. Infine i frutti sono delle capsule contenenti semi rossastri, lunghi intorno a 1mm, racchiusi in una cuticola biancastra.

Ricerca

Materiali e Metodi

La scoperta delle capacità carnivore della Triantha occidentalis si deve ad un gruppo di ricerca guidato dal professore Sean W. Graham del Dipartimento di Botanica dell’ Università della Columbia Britannica (UBC) di Vancouver in associazione con l’Università del Wisconsin-Madison. Primo autore dell’articolo, pubblicato sulla prestigiosa rivista PNAS, è Qianshi Lin, dottorando della UBC.

La ricerca è nata dalla scoperta che nel genoma della Triantha occidentalis mancanza un gene coinvolto nella fase luce-dipendente della fotosintesi. Tratto riscontrato anche in altre piante carnivore del genere Utricularia. A quel punto, per dimostrare la carnivoria, il dott. Lin e collaboratori hanno escogitato due esperimenti, uno volto a verificare la capacità della pianta di assorbire azoto dagli insetti catturati sullo stelo fiorale e l’altro avente come fine la ricerca della fosfatasi, enzima digestivo tipico delle piante carnivore. Per poter infatti definire una pianta come carnivora è necessario dimostrare che non solo essa sia in grado di catturare prede ma anche di assimilarne i nutrienti attraverso l’azione di specifici enzimi da lei secreti. Se è vera solo la prima condizione, i botanici classificano la pianta come protocarnivora. Questo potrebbe però essere il primo passo, nel suo cammino evolutivo, per il successivo sviluppo di una piena carnivoria.

Per quanto riguarda il primo esperimento, i ricercatori hanno allevato 150 moscerini della frutta (Drosophila melanogaster) su terreno di coltura a base di amminoacidi marcati con isotopi dell’azoto (N-15), assimilandolo. In seguito gli studiosi hanno appiccicato i moscerini sullo stelo di dieci individui di Triantha per verificarne l’assorbimento anche da parte della pianta. Contemporaneamente, hanno condotto lo stesso esperimento su piante di controllo di Drosera rotundifolia (anch’essa carnivora) e Erigeron peregrinus ( non carnivora) vegetanti nello stesso habitat.

Nel secondo esperimento è stata invece ricercata l’attività della fosfatasi tra i succhi secreti dalle ghiandole pilifere presenti sullo scapo fiorale della Triantha, adoperando come controllo sempre la D. rotundifolia e la E. peregrinus. La fosfatasi è un enzima idrolitico prodotto dalle piante carnivore attraverso il quale è possibile la digestione dell’insetto catturato. La ricerca è stata possibile sfruttando metodologie sperimentali che evidenziano la presenza dell’enzima per fluorescenza.

Risultati

Entrambi gli esperimenti hanno dato esito positivo. Nei tessuti della Triantha, sia nelle foglie che in organi come radici e frutti, è stata infatti riscontrata la presenza dell’isotopo N-15 assimilato dai moscerini marcati adoperati come prede. Le quantità rilevate, pari anche al 64% dell’azoto totale nei tessuti fogliari, sono in linea con quelle registrate nella pianta carnivora Drosera rotundifolia.

Anche la presenza della fosfatasi è stata dimostrata dalla fluorescenza giallo-verde prodotta dai peli di Triantha riscontrata anche in Drosera rotundifolia ma non nell’altra pianta di controllo, l’Erigeron peregrinus, non essendo questa carnivora.

Conclusioni e considerazioni

Come spesso accade nella scienza, un’importante scoperta suscita nuove domande e apre nuovi filoni di ricerca. Come suggeriscono Lin e collaboratori al termine del loro articolo, sarà necessario indagare in futuro la possibile carnivoria di altre specie appartenenti al genere Triantha, in particolare la T. glutinosa e T. japonica le quali presentano un comportamento molto simile a Triantha occidentalis.

Un’ulteriore ricerca potrebbe essere volta a comprendere meglio come l’azoto assimilato dagli insetti venga immagazzinato in organi di riserva quali le radici o subito adoperato per la crescita dei tessuti fogliari. Infine c’è un’ulteriore domanda a cui rispondere, ovvero l’apparente conflitto tra carnivoria e impollinazione entomofila. La Triantha necessita infatti dell’azione di insetti impollinatori perché avvenga la fecondazione. La carnivoria a livello degli steli fiorali sembra pertanto essere uno svantaggio e andare contro il principio cardine della selezione naturale, secondo il quale solo caratteri favorevoli vengono generalmente conservati durante il processo evolutivo.

Sulla base di osservazioni in campo, Lin e collaboratori ritengono che i peli appiccicosi della Triantha sarebbero in grado di catturare esclusivamente piccole prede come moscerini, mentre impollinatori quali farfalle e api sarebbero troppo grandi per rimanere invischiati nelle secrezioni collose della pianta. Tuttavia, come suggeriscono gli autori, per fugare ogni dubbio sarebbe necessario svolgere esperimenti specifici in grado di testare il potere collante di queste secrezioni nei confronti di insetti più grandi.

Probabilmente è questo il punto più controverso della ricerca per cui ancora adesso, ad alcuni mesi dalla pubblicazione dell’articolo, la comunità scientifica mostra cautela nel confermare la carnivoria della Triantha occidentalis. Se però tale scoperta fosse suffragata da ulteriori prove sarebbe l’indizio che probabilmente ci sono ancora molte piante carnivore da descrivere e che magari, come la Triantha, vivono a pochi km dai centri abitati.

La natura ha ancora molte sorprese in serbo per noi!

Referenze

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La curiosa storia del Test t di Student https://www.biopills.net/storia-test-t-di-student/ https://www.biopills.net/storia-test-t-di-student/#respond Mon, 24 Jan 2022 08:36:29 +0000 https://www.biopills.net/?p=48982 test t di studentLa birra è quanto di più distante si possa immaginare dalla statistica. Eppure la storia della produzione della famosa birra Guinness è strettamente connessa con questa complessa quanto fondamentale disciplina. Come spesso accade nel mondo della scienza, alla base delle scoperte di maggior successo ci possono essere necessità pratiche sorte in ambienti molto diversi da […]]]> test t di student

La birra è quanto di più distante si possa immaginare dalla statistica. Eppure la storia della produzione della famosa birra Guinness è strettamente connessa con questa complessa quanto fondamentale disciplina. Come spesso accade nel mondo della scienza, alla base delle scoperte di maggior successo ci possono essere necessità pratiche sorte in ambienti molto diversi da quello accademico. Questo vale anche per la formulazione di uno dei test d’ipotesi maggiormente utilizzati oggigiorno, il test t di Student.

Questo test statistico permette di confrontare il valore della media di un campione di dati sperimentali con un valore di riferimento, oppure di verificare se tra le medie di due campioni vi sia una differenza significativa. La sua formulazione risale agli inizi del Novecento: si tratta di una storia curiosa e affascinante che mette in evidenza il rapporto tra mondo accademico e industria, tra complesse formulazioni teoriche e ricerca del sapore migliore per una delle birre più sorseggiate.

La rivoluzione del birrificio Guinness

La storia del marchio Guinness comincia nel 1759, quando Arthur Guinness avvia la produzione di una birra scura ad alta fermentazione presso il birrificio St. James’s Gate a Dublino[1]. Presto la birra stout si afferma nel mercato londinese e, alla fine del 19° secolo, la Guinness è la più grande birreria al mondo. All’inizio del Novecento, per garantire la qualità del prodotto, l’azienda si dota di un team di giovani e brillanti menti, costituendo un vero e proprio reparto di Controllo Qualità. La Guinness mette a loro disposizione laboratori, campi d’orzo, giardini di luppolo e una malteria e un birrificio sperimentali[1].

Così i giovani ricercatori iniziano a condurre esperimenti per selezionare le migliori varietà di luppolo e orzo e per individuare le condizioni ottimali di coltivazione, essicazione e conservazione al fine di ottenere il miglior sapore e la maggior durata per la loro birra.

William Sealy Gosset: lo Student del test t

Tra i migliori laureati assunti presso il birrificio Guinness, spicca la figura di William Sealy Gosset. Nato a Canterbury nel 1876, si laurea con lode in matematica e in chimica presso il New College di Oxford[2]. Nel 1899 viene assunto come birraio dalla Arthur Guinness, Son & Co. presso il birrificio di Dublino, per applicare le sue conoscenze di chimica e statistica all’indagine della qualità degli ingredienti grezzi e del prodotto finale. Lavorerà nell’azienda per tutta la vita, divenendo nel 1907 birraio incaricato del birrificio sperimentale e nel 1935 capo birraio del nuovo birrificio di Park Royal a Londra[2].

Il lavoro presso il birrificio lo stimola ad approfondire lo studio delle leggi della statistica e a elaborare nuovi modelli da applicare al controllo qualità, tra cui il test t. Gosset deve però pubblicare i suoi articoli utilizzando lo pseudonimo Student, nome con cui oggi è ricordato. La Guinness permetteva infatti ai suoi dipendenti di pubblicare le loro ricerche a patto che non menzionassero il loro nome, la birra o il nome dell’azienda, al fine di evitare la diffusione di informazioni confidenziali[3].

Il problema dei piccoli numeri

È proprio nell’ambiente del birrificio che Gosset si scontra con le limitazioni dei modelli statistici allora disponibili. I dati provenienti dagli esperimenti condotti in laboratorio e in campo presentavano una grande variabilità e si basavano su un numero limitato di osservazioni[1]. Era noto che la media campionaria fosse una stima inesatta della media di popolazione poiché affetta dall’errore campionario. Ma Gosset intuisce che anche il valore della deviazione standard campionaria è soggetto a un errore crescente man mano che la numerosità del campione diminuisce[4].

In questo caso la deviazione standard del campione non riflette in modo accurato la deviazione standard della popolazione. Pertanto, quando si affrontano esperimenti difficilmente ripetibili e si dispone quindi di un piccolo campione, non è possibile ricorrere alla procedura tradizionale basata sulla distribuzione normale per determinare quanto accurata è la stima della media di popolazione[4].

Il test t come soluzione al problema dei piccoli numeri

Per approfondire lo studio della legge dell’errore, nel 1906-1907 Gosset ottiene da Guinness la possibilità di trascorrere l’anno accademico presso il laboratorio di K. Pearson[2]. Il risultato di questi studi si concretizza nel 1908, con la pubblicazione nel giornale Biometrika del paper “The Probable Error of a Mean“, in cui Gosset introduce per la prima volta quello che sarà noto come test t di Student. Il giovane chimico ha finalmente trovato la risposta al problema dei piccoli numeri.

Basandosi su complessi calcoli matematici, Gosset introduce infatti una nuova variabile e deriva la funzione che descrive la distribuzione di probabilità di questa statistica. Viene così introdotta una famiglia di distribuzioni che comprende distribuzioni diverse a seconda del numero di unità campionarie e che permette di valutare se la differenza tra le medie di piccoli campioni sia significativa.

Il test t applicato al Controllo Qualità nel birrificio

A questo punto Gosset può affrontare l’analisi statistica dei dati derivanti dagli esperimenti sull’orzo, risultato di 7 anni di lavoro[1]. L’analisi deve tenere in considerazione le rese relative a diverse varietà d’orzo, diverse fattorie e distretti, oltre che valutazioni in merito alla qualità di maltazione e ai risultati di produzione della birra. Applicando per la prima volta il test t di Student, Gosset analizza quindi la resa e la qualità dell’orzo insieme in termini di valore per acro. Le sue complesse statistiche lo portano a concludere che la miglior varietà di orzo è la Archer[1]. Ora la Guinness sa quale varietà di sementi acquistare e distribuire ad agricoltori selezionati per comprarne poi il raccolto, destinato ad alimentare la produzione della loro ormai famosa birra scura ad alta fermentazione.

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Referenze

  1. J. F. Box (1987) – Guinness, Gosset, Fisher, and Small SamplesStatistical Science 2(1), 45-52
  2. University of St. Andrews, MacTutor History of Mathematics – William Saely Gosset
  3. S. T. Ziliak (2019) – How large are your G-values? Try Gosset’s Guinnessometrics when a little “p” is not enoughThe American Statistician 73, 281-290
  4. W. S. Gosset (1908) – The Probable Error of a Mean Biometrika 6(1), 1-25
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