Ricerca Scientifica - BioPills https://www.biopills.net/tecnologia-e-scienza/ricerca/ Il vostro portale scientifico Mon, 28 Nov 2022 09:11:47 +0000 it-IT hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.1.1 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.
]]>
https://www.biopills.net/tyrannosaurus-rex-unica-specie-esistita-genere-tyrannosaurus/feed/ 0
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.
]]>
https://www.biopills.net/disbiosi-intestinale-malattie-neurodegenerative/feed/ 0
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)

]]>
https://www.biopills.net/avanzi-pasto-tigre-denti-sciabola/feed/ 0
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

]]>
https://www.biopills.net/triantha-occidentalis/feed/ 0
Disturbi del sonno e microbiota https://www.biopills.net/disturbi-del-sonno-microbiota/ https://www.biopills.net/disturbi-del-sonno-microbiota/#respond Wed, 05 Jan 2022 16:14:13 +0000 https://www.biopills.net/?p=48797 microbiota e insonniaNoi umani trascorriamo circa un terzo della nostra vita dormendo. Il sonno rappresenta infatti una necessità fisiologica indispensabile per ristorare il corpo e la mente e per garantire all’individuo uno stato psicofisico ottimale. Nonostante la sua importanza fisiologica, disturbi del sonno come insonnia e sonnolenza diurna sono sempre più diffusi nella nostra società. Queste problematiche […]]]> microbiota e insonnia

Noi umani trascorriamo circa un terzo della nostra vita dormendo. Il sonno rappresenta infatti una necessità fisiologica indispensabile per ristorare il corpo e la mente e per garantire all’individuo uno stato psicofisico ottimale. Nonostante la sua importanza fisiologica, disturbi del sonno come insonnia e sonnolenza diurna sono sempre più diffusi nella nostra società. Queste problematiche sono legate a un’alterazione nella regolazione del ciclo sonno/veglia, che è influenzato da una molteplicità di fattori, sia interni sia esterni, come lo stress psicologico e l’alimentazione[1].

Uno studio pubblicato su Scientific Reports a dicembre 2020 ha indagato il ruolo del microbiota intestinale nella regolazione del sonno. Per condurre la ricerca, i ricercatori hanno comparato l’alternanza sonno/veglia e il profilo metabolomico della flora batterica del cieco intestinale tra un gruppo di topi controllo e un gruppo di topi depleti del microbiota intestinale a seguito di trattamento antibiotico[1].

Asse microbiota-intestino-cervello

Perché si ritiene che il microbiota intestinale possa influenzare il ritmo sonno/veglia? Per rispondere a questa domanda è necessario considerare l’asse intestino-cervello. Con questo termine ci si riferisce a un complesso sistema di comunicazione bidirezionale tra il cervello e il tratto gastrointestinale. Ormoni, neurotrasmettitori e mediatori del sistema immunitario sono alla base di questo collegamento biochimico tra i processi cognitivi ed emotivi cerebrali e le funzioni intestinali[2].

La rete di interazioni tra intestino e cervello coinvolge:

  • il sistema nervoso centrale e autonomo;
  • il sistema nervoso enterico;
  • l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene:
  • il sistema immunitario.

Disfunzioni in qualunque livello dell’asse si ripercuotono a cascata su tutti gli altri componenti[2]. Pertanto, lo stato di salute dell’intestino si riflette sul cervello e viceversa.

Il ruolo del microbiota nell’asse intestino-cervello

In questo già complesso sistema di comunicazione bidirezionale tra intestino e cervello, è però necessario considerare un altro protagonista, il microbiota intestinale. Diversi tipi di stress psicologico possono alterare la composizione e la biomassa totale della comunità microbica intestinale[2]. Contemporaneamente, però, il comportamento dell’individuo, il suo umore e le sue funzioni cognitive possono essere modulate dalla flora intestinale. Il microbiota intestinale ha infatti un ruolo chiave nella produzione e nel turnover di neurotrasmettitori e di fattori neurotrofici che, attraverso il nervo vago e il sistema circolatorio, possono trasmettere informazioni al sistema nervoso centrale dal lume intestinale[2].

La deplezione del microbiota intestinale altera la struttura sonno/veglia

Lo studio condotto da Ogawa e colleghi ha evidenziato che la condizione di deplezione del microbiota intestinale causa importanti modificazioni nei pattern del sonno REM e del sonno NREM.

In particolare, il tempo trascorso nella fase NREM del sonno per i topi microbiota-depleti è stato:

  • minore rispetto ai controlli nel periodo di luce, che corrisponde al periodo di sonno per i topi;
  • maggiore rispetto ai controlli nel periodo di buio, la fase attiva per questi roditori.

Questo dato indica un’alterazione della ritmicità circadiana comportamentale conseguente alla deplezione del microbiota intestinale. A causa della minor durata del sonno NREM durante il periodo di luce e della maggior frequenza di transizione tra sonno NREM e sonno REM, la condizione di deplezione del microbiota intestinale risulta associata anche a un incremento del tempo totale trascorso nella fase REM del sonno. 

La deplezione del microbiota intestinale modifica la produzione di metaboliti connessi alla neurotrasmissione

Per cercare di individuare un possibile collegamento tra il microbiota e la regolazione del sonno, i ricercatori hanno confrontato il profilo metabolico del contenuto cecale dei due gruppi sperimentali. Condizioni di disbiosi si associano infatti a variazioni nello stato metabolico dell’intestino, dal momento che il microbiota intestinale ha un ruolo fondamentale nel processare composti derivati dagli alimenti.

Nei topi microbiota-depleti si registra una riduzione significativa dei composti della vitamina B6, co-fattore fondamentale richiesto dall’enzima che catalizza la sintesi di dopamina e serotonina. Questo porta nei topi trattati con antibiotici alla completa assenza o a una forte riduzione di serotonina, dopamina, noradrenalina e adrenalina. Al contrario, i neurotrasmettitori inibitori GABA e glicina sono presenti in concentrazioni maggiori nelle feci dei topi microbiota depleti.

Conclusioni

I risultati ottenuti in questa ricerca indicano che condizioni di disbiosi a livello del microbiota intestinale, dovute a stress psicologici e/o a cattive abitudini alimentari, potrebbero promuovere disturbi del sonno quali insonnia e sonnolenza diurna. La disbiosi intestinale si associa infatti ad un’alterata produzione a livello intestinale di neurotrasmettitori coinvolti nella regolazione del ciclo sonno/veglia. In particolare, i ricercatori ipotizzano che l’elemento di collegamento tra il microbiota intestinale e il sistema nervoso centrale nella modulazione del sonno sia la serotonina. A livello centrale la segnalazione serotoninergica è connessa alla regolazione del sonno REM e del sonno NREM. Questo neurotrasmettitore risulta però assente nell’intestino dei topi microbiota-depleti.

La deplezione della flora intestinale si associa anche a una significativa riduzione nei livelli di adrenalina, noradrenalina e dopamina, che sono i principali neurotrasmettitori coinvolti nella regolazione del risveglio. La riduzione di questi neurotrasmettitori e il contemporaneo aumento della concentrazione di neurotrasmettitori inibitori conseguente alla deplezione del microbiota intestinale potrebbe influenzare il ciclo sonno/veglia anche indirettamente, attraverso la modulazione di diverse funzioni periferiche come il flusso di sangue all’intestino. Infine, il microbiota intestinale e i suoi metaboliti presentano ritmi circadiani. Questo fa ipotizzare che la comunità microbica intestinale possa influenzare i pattern sonno/veglia anche attraverso l’orologio circadiano.

Articoli correlati

Referenze

  1. Y. Ogawa et al., 2020. Gut microbiota depletion by chronic antibiotic treatment alters the sleep/wake architecture and sleep EEG power spectra in mice. Sci Rep 10 (1).
  2. M. Carabotti, A. Scirocco et al., 2015. The gut-brain axis: interactions between enteric microbiota, central and enteric nervous systems. Annals of Gastroenterology 28 (2), 203-209.
]]>
https://www.biopills.net/disturbi-del-sonno-microbiota/feed/ 0
Il gene CLOCK regola la fenologia migratoria degli uccelli https://www.biopills.net/gene-clock-migrazione-uccelli/ https://www.biopills.net/gene-clock-migrazione-uccelli/#respond Mon, 10 May 2021 06:00:56 +0000 https://www.biopills.net/?p=1736 Il gene CLOCK regola la migrazione negli uccelliCome fanno gli uccelli a decidere quando iniziare una migrazione? La risposta sta nel gene CLOCK, capace di regolare la loro risposta comportamentale alla variazione del fotoperiodo. Per gli uccelli è importante decidere quando migrare Molti uccelli migrano periodicamente – coprendo spesso grandi distanze – tra i siti di svernamento e quelli di cova. Lo […]]]> Il gene CLOCK regola la migrazione negli uccelli

Come fanno gli uccelli a decidere quando iniziare una migrazione? La risposta sta nel gene CLOCK, capace di regolare la loro risposta comportamentale alla variazione del fotoperiodo.

Per gli uccelli è importante decidere quando migrare

Molti uccelli migrano periodicamente – coprendo spesso grandi distanze – tra i siti di svernamento e quelli di cova. Lo scopo di queste migrazioni è perlopiù inseguire le condizioni climatiche e alimentari più favorevoli, che variano geograficamente con l’avvicendarsi delle stagioni.

Migrare richiede però un gran dispendio di energie, perché prevede molte giornate consecutive di volo con poche soste per rifocillarsi. Uno sforzo costante che rende importantissime le riserve di grasso corporeo accumulate degli animali: una sorta di investimento strategico, assolutamente da non sprecare, che deve anche bastare per essere pronti al periodo riproduttivo una volta arrivati ai terreni di cova.

L’accumulo di grasso si accompagna ad altri cambiamenti fisiologici, di carattere ormonale, che predispongono gli animali ai comportamenti migratori. Ad esempio, capita che uccelli solitari e territoriali divengano gregari durante il periodo della migrazione, per poter formare degli stormi di individui.

Partire troppo presto o troppo tardi comporta quindi dei rischi. Gli individui che iniziassero una migrazione prima del tempo potrebbero non aver accumulato grassi a sufficienza. Oppure potrebbe capitar loro di arrivare a destinazione quando ancora nel sito di arrivo le condizioni non sono le migliori per nidificare.  Entrambe queste eventualità potrebbero significare una maggior mortalità nelle loro covate.

Anche tardare non è una buona prospettiva, per un uccello, dato che potrebbe significare arrivare dopo gli altri e subirne la competizione alimentare e riproduttiva in posizione di svantaggio.

Scegliere il giorno adatto in cui partire non è quindi un problema da poco ma richiede di essere temporizzato con precisione.

Questo in effetti accade: le migrazioni degli uccelli sono notevolmente sincronizzate con il mutare delle stagioni, che viene loro segnalato dalla variazione del fotoperiodo. Se le giornate si accorciano al di sotto di una certa durata, significa che si sta avvicinando la brutta stagione. Se si allungano oltre a un valore soglia, sta per arrivare la primavera.

Leggi anche: Migrazioni animali: cosa sono e come funzionano?

Il gene CLOCK orchestra la variabilità nella fenologia migratoria

Le cause remote della risposta migratoria al fotoperiodo negli uccelli dipendono dal gene CLOCK (Circadian Locomotor Output Cycles Kaput) che codifica per un fattore di trascrizione responsabile del regolamento dei ritmi circadiani in tutti i vertebrati.

Uno studio, realizzato nell’isola di Ventotene, ha preso in considerazione quattro specie di uccelli migratori trans-sahariani: l’Usignolo comune (Luscinia megarhynchos), la Balia nera (Ficedula hypoleuca), il Prispolone (Anthus trivialis) e lo Stiaccino (Saxicola rubetra). I volatili sono stati campionati, sull’isola, tramite il metodo della cattura con Mist-Nets per studiare i polimorfismi del gene CLOCK e i loro effetti sul giorno di arrivo a Ventotene dell’animale in migrazione.

I ricercatori hanno valutato, in particolare, la lunghezza di una regione polimorfica ricca di triplette CAG che codificano per l’amminoacido Glutammina. Ogni allele del gene che contenga un diverso numero di ripetizioni di CAG rispetto agli altri, codifica per una proteina di lunghezza differente. Lo studio ha evidenziato che individui con alleli ricchi di CAG migrano in ritardo rispetto agli altri, mostrando così un effetto dominante degli alleli lunghi su quelli corti.

Leggi anche: Ritmi circadiani

La variabilità del gene CLOCK è una risorsa contro il Global Warming

Queste scoperte sono di fondamentale importanza perché permettono di capire se e come gli uccelli migratori possano far fronte con adattamenti microevolutivi al Global Warming. Il rischio è che il riscaldamento globale desincronizzi rapidamente la stagionalità climatica dalla durata del fotoperiodo, anticipando progressivamente l’inizio della primavera.

Nel breve periodo i volatili possono far fronte a questi cambiamenti solo grazie alla loro plasticità fenotipica, anticipando i comportamenti riproduttivi legati all’arrivo della primavera.

Le nuove conoscenze sul gene CLOCK mostrano che modificare il loro comportamento migratorio richiede dei cambiamenti microevolutivi a livello di genetica di popolazione. I cambiamenti climatici avranno, probabilmente, l’effetto di selezionare gli individui con alleli corti del gene CLOCK in omozigosi, cosa che li porterà a migrare prima degli altri.

Questa prospettiva mostra i rischi dell’impoverimento genetico dovuto magari alla caccia o ad altre cause che abbiano portato a diminuzioni della biodiversità intraspecifica. Se una popolazione di uccelli non possiede una biodiversità adeguata, non contenendo alleli corti del gene CLOCK, le sarà difficile adattarsi ai cambiamenti climatici e rischierà più di altre di subirne l’impatto.

Leggi anche: Animali migratori da record

Referenze

]]>
https://www.biopills.net/gene-clock-migrazione-uccelli/feed/ 0
La neurogenesi ippocampale adulta indotta dall’attività fisica https://www.biopills.net/neurogenesi-ippocampale-adulta-indotta-attivita-fisica/ https://www.biopills.net/neurogenesi-ippocampale-adulta-indotta-attivita-fisica/#respond Tue, 27 Apr 2021 07:00:36 +0000 https://www.biopills.net/?p=45192 sport incrementa neurogenesi ippocampaleI contributi dell’attività sportiva sul benessere fisico sono noti da tempo. È risaputo che la pratica motoria migliora il profilo muscolare, la respirazione, la circolazione sanguigna, la concentrazione di lipidi presenti nel sangue e permette di mantenere sotto controllo le riserve di grasso corporeo. Probabilmente, però, è un aspetto assai meno noto la modalità attraverso […]]]> sport incrementa neurogenesi ippocampale

I contributi dell’attività sportiva sul benessere fisico sono noti da tempo. È risaputo che la pratica motoria migliora il profilo muscolare, la respirazione, la circolazione sanguigna, la concentrazione di lipidi presenti nel sangue e permette di mantenere sotto controllo le riserve di grasso corporeo.

Probabilmente, però, è un aspetto assai meno noto la modalità attraverso cui lo sport è in grado di migliorare alcune capacità intellettive. Da recenti studi sembrerebbe infatti che svolgere esercizio fisico volontario, in particolare quello aerobico, aumenti la generazione di cellule del sistema nervoso anche negli adulti, a livello del giro dentato dell’ippocampo.

Questo processo viene definito neurogenesi ippocampale adulta ed esercita un’influenza positiva su numerose funzioni cognitive.

Nonostante la maggior parte degli studi in questo ambito siano stati effettuati su roditori, alcune evidenze suggeriscono che l’attività motoria possa indurre un effetto benefico analogo anche negli esseri umani[1].

Questa possibilità resta ancora molto dibattuta, dal momento che sembrano influire molto le condizioni individuali dei soggetti in esame. A oggi, il grado di neurogenesi ippocampale adulta nell’uomo risulta ancora difficile da quantificare, anche se parrebbe minore rispetto a quella che si verifica nei roditori[2].

Leggi anche: Attività fisica ed invecchiamento – Fare sport allunga la vita?

Cenni storici

Fino alla seconda metà del XX secolo si è creduto che, una volta concluso lo sviluppo, nell’encefalo mammaliano non potesse più esserci generazione di nuovi neuroni. Fu solo nel 1965 che gli scienziati Altman e Das proposero l’idea rivoluzionaria della neurogenesi post-natale nei roditori, sconvolgendo il dogma secondo cui il cervello adulto sarebbe una struttura post-mitotica, priva della capacità di rigenerare i neuroni. Ma che tale meccanismo riguardasse anche altri mammiferi, quali l’uomo, fu scoperto solo negli anni ’90, per merito del dr. Erikson[3].

Da allora, questo processo ha suscitato grande interesse da parte della comunità scientifica.

Dove avviene la neurogenesi adulta

La neurogenesi adulta in roditori, primati non-umani ed esseri umani, avviene quasi unicamente in due aree cerebrali ben precise e circoscritte, definite durante lo sviluppo embrionale[3, 4, 5]:

  • la zona sub-ventricolare (SubVentricular Zone), da cui le cellule migrano verso il bulbo olfattivo;
La neurogenesi ippocampale adulta avviene nel giro dentato dell'ippocampo
Istologia di una sezione del giro dentato dell’ippocampo
  • la zona sub-granulare (SubGranular Zone), le cui cellule neogenerate si vanno a collocare nello strato granulare del giro dentato dell’ippocampo.
Ippocampo
Posizione anatomica dell’ippocampo

Quest’ultima è la nicchia neurogenica di maggior interesse. Essa genera continuamente nuove cellule a livello dell’ippocampo. L’ippocampo è notoriamente coinvolto nei meccanismi di memoria[6], apprendimento[7] e di conseguenza, anche di molte risposte comportamentali, tra cui la flessibilità nell’esecuzione di nuovi compiti e le reazioni emotive.

In che modo viene influenzata la neurogenesi ippocampale adulta

La generazione di nuove cellule neurali nell’encefalo adulto non è un processo statico, bensì si tratta di un meccanismo unico di plasticità. Ragion per cui ha suscitato un così grande interesse da parte della comunità scientifica[2, 8, 9].

La neurogenesi ippocampale adulta è infatti dinamicamente modulata da molte condizioni fisiologiche, epigenetiche e ambientali. Essa è il risultato degli input sinaptici che riceve, i quali ne influenzano proliferazione, sopravvivenza, differenziamento e integrazione nei circuiti nervosi. Quest’ultima determina la funzione che tali cellule rivestiranno una volta mature[10].

Tra i vari stimoli ambientali che influenzano questo processo si hanno, primi fra tutti, quelli dovuti all’arricchimento ambientale e all’attività fisica. È stato infatti osservato che quest’ultima esercita un’influenza positiva sulla neurogenesi ippocampale adulta nei roditori e, pertanto, sul consolidamento della memoria e sullo sviluppo delle abilità cognitive.

In modo analogo sembra influire l’ambiente arricchito (Enriched Environment). Con questo termine si intendono moltissime componenti, tra cui la stessa possibilità di utilizzare attrezzi per lo svolgimento di esercizio fisico ma anche la disponibilità di oggetti che stimolino la curiosità e l’esplorazione, nonché la presenza di una componente sociale, cioè l’interazione con altri individui[10].

Stimoli ambientali e neurogenesi ippocampale adulta

Già nel 1999 una serie di studi pionieri in questo campo ha reso noto come l’effetto della corsa, più di quello di altri stimoli, si rivela efficace nell’incremento numerico di cellule neogenerate a livello del giro dentato dell’ippocampo dei roditori.

La sperimentazione, portata a termine dai ricercatori del Salk Institute, ha previsto l’isolamento di individui adulti, ciascuno esposto a stimoli di diversa natura. È stato poi misurato quantitativamente il tasso di neurogenesi, tramite BrdU (bromodeossiuridina), un marcatore delle cellule proliferanti (cioè in divisione).

I risultati hanno permesso di riscontrare un notevole incremento delle cellule positive alla BrdU nei tessuti degli individui sottoposti alla corsa. In questi soggetti, il tasso di sopravvivenza delle cellule neurogenerate è addirittura raddoppiato rispetto al caso di controllo[5].

È stato anche riscontrato che nel caso di compromissione della neurogenesi, cioè laddove si verifica una drastica riduzione dei livelli proliferativi, dovuta a uno stato patologico dei soggetti, lo svolgimento di attività fisica permette di ripristinare un livello di proliferazione comparabile a quello degli animali wild type, cioè privi di tale deficit.

Tasso di proliferazione cellulare a livello del giro dentato dell'ippocampo
Grado di proliferazione risultante dall’esecuzione di diverse attività a livello del giro dentato dell’ippocampo adulto. Sperimentazione eseguita dal Laboratory of Genetics, The Salk Institute for Biological Studies.

 

Considerazioni

Questi dati forniscono la conferma del fatto che l’attività fisica volontaria costituisce un potente stimolo alla proliferazione e alla sopravvivenza delle cellule nervose generate in fase adulta. Tuttavia, tale effetto sembra essere limitato alla regione del giro dentato dell’ippocampo. Al contrario, nel bulbo olfattivo non è stato registrato alcun aumento nel processo di neurogenesi in seguito a stimolazione motoria[12].

Fattori che incrementano la neurogenesi ippocampale adulta

L’effetto benefico che l’attività fisica esercita sulla neurogenesi ippocampale adulta è attribuibile all’azione agonistica di alcuni mediatori, responsabili dell’aumento della plasticità sinaptica (che ne consente il rimodellamento circuitale), nonché dell’espressione di fattori di crescita e di modificazioni della neurotrasmissione. Tra questi, l’incremento del rilascio di serotonina[13] e dopamina esercitano un effetto regolatore positivo sulla genesi delle cellule dei granuli.

Infatti, la pratica motoria aumenta anche i livelli di sintesi del bFGF, il fattore di crescita dei fibroblasti, il quale gioca un ruolo chiave nella sopravvivenza e nel differenziamento delle cellule progenitrici[5].

Inoltre, tra i mediatori coinvolti sono comprese anche le neurotrofine, in particolar modo il BDNF (fattore neurotrofico cerebrale). Di fatto, è stato dimostrato che alcuni stimoli ambientali come l’attività fisica e l’ambiente arricchito possono indurre un incremento nell’espressione del BDNF[12, 14, 15].

Il fattore neurotrofico cerebrale è una neurotrofina nota per i suoi effetti di promozione della sopravvivenza dei neuroblasti ed è altamente espresso dalle cellule dell’ippocampo.
Infatti, iniettando per 2 settimane il BDNF tale regione si riscontra un incremento nella neogenerazione di cellule dei granuli.

Fattori che riducono la neurogenesi ippocampale adulta

Al contrario, l’invecchiamento biologico porta a una riduzione del livello di neurotrofine: man mano che si avanza con l’età, le nicchie neurogeniche entrano sempre di più in quiescenza, cioè in uno stato di minore proliferazione cellulare, motivo per cui si riduce anche l’attività di neurogenesi[9].

Tuttavia, alcune ricerche hanno confermato che l’esercizio fisico può giovare anche nei casi in cui l’attività della nicchia ippocampale risulta ridotta a causa dell’avanzare dell’età. Infatti, sottoponendo topi anziani alla pratica aerobica, è possibile ottenere un parziale recupero dei livelli di neurogenesi, incrementando soprattutto il numero di dendriti e la lunghezza delle diramazioni delle cellule neogenerate.

Il significato funzionale della neurogenesi ippocampale adulta

I neuroni derivanti dalla neurogenesi ippocampale adulta sono di grande rilevanza, in particolar modo per il pattern separation e per l’apprendimento spaziale ippocampo-dipendente[16].

Effetti sull’abilità di pattern separation

Con il termine “pattern separation”, si intende la capacità di discriminare più stimoli con caratteristiche sovrapponibili. Spesso, infatti, coloro che mostrano un deficit nella neurogenesi sono portati a reagire in modo stereotipato a stimoli di natura simile e si rivelano quindi incapaci di riconoscerli come informazioni sensoriali distinte[17].

Effetti sulla memoria

Quando si parla di apprendimento o memoria spaziale, invece, si intende la capacità di immagazzinare e integrare informazioni sensoriali dall’ambiente circostante, con lo scopo di riutilizzarle successivamente per orientarsi nello spazio[18].

Gli effetti dell’attività fisica sulla memoria spaziale possono essere testati nei roditori grazie al test del labirinto acquatico di Morris. Tale modello sperimentale mira ad analizzare la capacità di orientamento dei soggetti, grazie alla presenza di una piattaforma (obiettivo dei topi) all’interno di una vasca dotata di riferimenti spaziali. Il test viene eseguito sia in presenza, sia in assenza di una certa condizione che nel nostro caso si configura con l’esecuzione dell’attività sportiva.

Effetti comportamentali dovuti alle diverse condizioni della neurogenesi ippocampale adulta in seguito all’esecuzione del test Morris Water Maze.

Risultati

Come mostra l’immagine a sinistra, è evidente che per gli individui in cui la neurogenesi non è stata compromessa e, ancor di più, per coloro che hanno beneficiato degli effetti dell’ambiente arricchito risulta facile ritrovare la piattaforma. Pertanto, costoro passano più tempo nel quadrante in cui sanno sia collocata questa e meno nelle altre regioni “non-target”; al contrario, i topi affetti da Alzheimer o, in generale, quelli caratterizzati da deficit nella neurogenesi, non riescono a ritrovare la piattaforma dal momento che non saranno stati in grado di immagazzinare nella memoria le informazioni spaziali necessarie per riorientarsi successivamente. Questi finiscono dunque per trascorrere la stessa percentuale di tempo sia nei quadranti target, sia in quelli non-target. Tuttavia, l’ambiente arricchito può esercitare un effetto positivo anche nei soggetti affetti da tali disturbi, che mostreranno un parziale recupero della neurogenesi e si comporteranno analogamente agli individui wild type[18].

Ecco che un meccanismo che agisce a livello “microscopico” può influenzare aspetti “macroscopici” come il comportamento.

Effetti comportamentali

Il test X-maze, ad esempio, è un disegno sperimentale molto comune, impiegato per indagare gli effetti dell’attività motoria sul comportamento: alcuni topi vengono inseriti in un labirinto sospeso, che presenta alcune porzioni coperte e altre aperte; i soggetti sedentari, definiti come “ansiosi”, tenderanno a restare nella porzione chiusa del labirinto mentre i topi che sono stati sottoposti alla corsa saranno meglio disposti a muoversi anche nella parte aperta del labirinto.

Queste osservazioni chiarificano come la neurogenesi adulta abbia ripercussioni anche sulle reazioni emotive e sulle risposte comportamentali che da queste derivano, e dimostrano come tali risposte possano essere positivamente influenzate dalla pratica sportiva.

Potenziali terapeutici della neurogenesi adulta

Gli studi effettuati hanno anche lo scopo di indirizzare la medicina moderna verso nuovi approcci clinici, i quali, mirando all’incremento della neurogenesi e alla modulazione dell’attività delle cellule neogenerate, possono contribuire all’elaborazione di terapie finalizzate al trattamento di disturbi neurologici come l’epilessia, l’infarto cerebrale e i traumi di varia natura. È così che si stanno aprendo nuove prospettive di cura per disturbi un tempo considerati incurabili[19].

Conclusioni

Tirando le somme, i risultati ottenuti dalle numerose ricerche nell’ambito della neurogenesi ippocampale adulta hanno dimostrato come l’esercizio fisico volontario porti a un complessivo innalzamento dei livelli di proliferazione, sopravvivenza e differenziamento neurale, influenzando così numerose funzioni cognitive, tra cui quelle coinvolte nei vari tipi di memoria e apprendimento ma anche svariate risposte comportamentali, come le reazioni emotive. Ecco perché l’importanza dello svolgimento di attività fisica non va sottovalutato. Anzi, visti gli innumerevoli benefici dovrebbe essere incoraggiato.

Referenze

  1. Fabel K, Kempermann G. – Physical activity and the regulation of neurogenesis in the adult and aging brain – Neuromolecular. Med. 2008
  2. Abdissa D, Hamba N, Gerbi A – Review Article on adult neurogenesis in humans – Science Direct. 2020.
  3. Lafenetre P et Al. – The Beneficial Effects of Physical Activity on Impaired Adult Neurogenesis and Cognitive Performance– Frontiers in neuroscience. 2011.
  4. Ming GL, Song H – Adult Neurogenesis in the Mammalian Brain: Significant Answers and Significant Questions – Neuron. 2011.
  5. van Praag H, Kempermann G, Gage FH – Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus – Nature America. 1999.
  6. Aimone JB, Wiles J, Gage FH – Computational Influence of Adult Neurogenesis on Memory Encoding – Neuron. 2009.
  7. van Praag H et Al. – Exercise Enhances Learning and Hippocampal Neurogenesis in Aged Mice – Journal of Neuroscience. 2005.
  8. Lledo PM, Alonso M, Gage FH – Adult neurogenesis and functional plasticity in neuronal circuits – Nature Review Neuroscience. 2006.
  9. Gonçalves JT, Schafer ST, Gage FH – Adult Neurogenesis in the Hippocampus: From Stem Cells to Behavior – The Cell. 2016.
  10. Dengke K Ma et Al. – Activity-dependent extrinsic regulation of adult olfactory bulb and hippocampal neurogenesis – ANYA. 2009.
  11. Kempermann G, Brandon EP, Gage FH – Environmental stimulation of 129/SvJ mice causes increased cell proliferation and neurogenesis in the adult dentate gyrus – Current Biology. 1998.
  12. Brown J et Al. – Enriched environment and physical activity stimulate hippocampal but not olfactory bulb neurogenesis – Journal of Neuroscience. 2003.
  13.  Brezun JM,  Daszuta A – Depletion in serotonin decreases neurogenesis in the dentate gyrus and the subventricular zone of adult rats – Science Direct. 1999.
  14. Bath K et Al. – Variant Brain-Derived Neurotrophic Factor (Val66Met) Alters Adult Olfactory Bulb Neurogenesis and Spontaneous Olfactory Discrimination – Journal of Neuroscience. 2008.
  15. Binder DK, Scharfman HE – Brain-derived neurotrophic factor – Growth Factors. 2004.
  16. Deng W, Aimone JB, Gage FH – New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory? – Nature. 2010.
  17. Clelland CD et Al. – A functional role for adult hippocampal neurogenesis in spatial pattern separation – Science. 2009.
  18. Anderson BJ et Al. – Exercise influences spatial learning in the radial arm maze – Physiol. Behav. 2000.
  19. Taupin P. – Therapeutic Potential of Neural Stem Cells – Mol. Neurodegener. 2009.
  20. Creer DJ et Al. – Running enhances spatial pattern separation in mice – PNAS. 2010.
  21. Dupret D et Al. – Spatial Relational Memory Requires Hippocampal Adult Neurogenesis – Plos One. 2008.
  22. Lafenetre P et Al. – Exercise can rescue recognition memory impairment in a model with reduced adult hippocampal neurogenesis – Front. Behav. Neurosci. 2010.
]]>
https://www.biopills.net/neurogenesi-ippocampale-adulta-indotta-attivita-fisica/feed/ 0
È possibile invertire l’invecchiamento? https://www.biopills.net/invertire-invecchiamento/ https://www.biopills.net/invertire-invecchiamento/#respond Tue, 06 Apr 2021 08:00:32 +0000 https://www.biopills.net/?p=45235 invertire invecchiamentoA chi non piacerebbe invertire l’invecchiamento? Non è detto che sia fantascienza, dato che le ricerche in tal senso cominciano a dare degli interessanti risvolti. Nell’ultimo secolo, l’aspettativa di vita si è enormemente allungata. Il merito spetta alle moderne tecnologie, alle cure mediche all’avanguardia e alle attente misure sanitarie adoperate dai paesi più sviluppati. Ma […]]]> invertire invecchiamento

A chi non piacerebbe invertire l’invecchiamento? Non è detto che sia fantascienza, dato che le ricerche in tal senso cominciano a dare degli interessanti risvolti. Nell’ultimo secolo, l’aspettativa di vita si è enormemente allungata. Il merito spetta alle moderne tecnologie, alle cure mediche all’avanguardia e alle attente misure sanitarie adoperate dai paesi più sviluppati. Ma con l’aumento della longevità, ha subito un’impennata anche la probabilità di sviluppare malattie correlate all’avanzamento dell’età, come le patologie cardiache, i disordini neurodegenerativi e il cancro.

Questo perché l’organismo umano, i suoi tessuti, organi e cellule, col tempo, iniziano a risentire di alcuni malfunzionamenti e i tessuti incorrono a un inevitabile deterioramento. Ecco perché sarebbe bello poter disporre di una fonte dell’eterna giovinezza, che ci salvi da questo inesorabile destino.

Leggi anche: La medusa immortale

Ad oggi, sebbene l’immortalità sia ancora unicamente relegata alla mitologia e alla fantascienza, sembra tutt’altro che lontana la possibilità di prolungare ulteriormente la durata della vita dell’uomo, limitando, se non sopprimendo del tutto, gli “effetti collaterali” causati dall’invecchiamento. Infatti, alcune ricerche pioniere nel campo del ringiovanimento cellulare e della medicina rigenerativa ci consentono di sperare in un futuro in cui invecchiare non sarà più associato al deterioramento del fisico e al peggioramento delle condizioni di vita.

Da cosa dipende l’invecchiamento?

In ogni cellula è presente una sorta di orologio biologico, che scansiona il tempo dell’organismo a cui appartiene. Questo meccanismo dipende dall’azione che l’epigenetica esercita sul genoma.

Con il termine epigenetica si intende una serie di modificazioni chimiche e strutturali che avvengono sul DNA e che influenzano l’espressione genica di una cellula, senza alterarne la sequenza nucleotidica. Tra di esse, le principali sono le metilazioni, le acetilazioni e le fosforilazioni, insieme ad altre modificazioni istoniche e al rimodellamento della cromatina. Queste modificazioni subiscono graduali cambiamenti durante tutto il corso della vita di un organismo. Per cui dallo stato epigenetico del genoma di una cellula non si risale all’anzianità di questa, bensì si traggono importanti informazioni sull’età dell’organismo cui appartiene[1].

Leggi anche: Perché invecchiamo? La risposta è nelle cellule

In particolare, è rilevante nella stima dell’età cronologica di un individuo la frequenza di nucleotidi metilati presenti nel genoma di una cellula. È stato, infatti, recentemente messo a punto un algoritmo che si basa proprio sul pattern di metilazione della sequenza di DNA nelle cellule umane[2].

Nello specifico, i ricercatori hanno riscontrato che le metilazioni hanno maggiore frequenza in alcuni specifici siti CG (regioni genomiche in cui la citosina precede la guanina). Perciò, si è deciso di focalizzare l’attenzione proprio in queste aree, considerate come una sorta di biomarcatori dell’età[1, 2, 3].

Tale evidenza dimostra che l’avanzare dell’età è un meccanismo dotato di plasticità, che corrisponde, per lo meno in parte, a precise “firme” epigenetiche. Riuscendo dunque a tenere sotto controllo le suddette modificazioni, in futuro, forse sarà possibile ritardare o addirittura invertire l’invecchiamento.

Invertire l’invecchiamento con la Riprogrammazione

Sembra fantascienza, ma pare che i ricercatori del Salk Institute di San Diego, capitanate dal prof. Belmonte, abbiano trovato un “elisir di lunga vita”, in grado di fare qualcosa di più che prevenire semplicemente la comparsa dei segni del tempo. Sarebbe infatti capace addirittura di invertire l’invecchiamento, finora considerato un processo unidirezionale[4].

Ciò è stato possibile grazie alla tecnica della Riprogrammazione, un meccanismo in grado di indurre i cambiamenti epigenetici necessari ad annullare le modificazioni che si verificano sul genoma con il trascorrere del tempo.

Tramite la somministrazione di alcuni fattori di trascrizione (Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc, detti anche fattori OSKM) è possibile eliminare i segni del differenziamento a cui le cellule vanno incontro durante lo sviluppo per generare i vari tessuti, organi e strutture corporee, riportandole a uno stato di staminalità. Perciò, la Riprogrammazione consente, almeno a livello teorico, di invertire il meccanismo di specificazione, riportando le cellule a una condizione più “primitiva”, cioè a prima che fossero apportate le modificazioni epigenetiche che seguono l’avanzare dell’età. In effetti, le cellule riprogrammate appaiono fenotipicamente più giovani.

Tale tecnica viene comunemente impiegata per ottenere induced Pluripotent Stem Cells (iPSC), cioè cellule staminali pluripotenti indotte a partire da tessuti somatici. Ma, ai fini della ricerca condotta dai ricercatori del Salk Institute, non ci si poteva limitare a ciò: bisognava eseguirla su di un organismo animale in toto. Pertanto, la Riprogrammazione ha dovuto essere solo parziale, dal momento che si volevano eliminare solo i segni epigenetici dell’invecchiamento, mantenendo però, l’identità cellulare dei vari tessuti[5].

Sperimentazione

La pratica ha previsto l’impiego di alcuni topi di laboratorio affetti da progeria, cioè una patologia provocata da una mutazione genica, che causa un invecchiamento precoce nell’individuo che ne è affetto. Questo disturbo provoca danni al DNA, deregolazione dei marcatori epigenetici e disfunzioni agli organi, con conseguente morte precoce. Fornendo loro uno specifico cocktail di fattori in grado di invertire l’invecchiamento, i topi ritornavano attivi e ringiovaniti, tanto nell’aspetto esteriore, quanto nell’attività degli organi interni[4].

Effetti indesiderati

Tuttavia, va anche considerato il rovescio della medaglia: dal momento che il trattamento era stato piuttosto aggressivo, dopo 3-4 giorni da questo, tutti i topi sono morti per malfunzionamento cellulare o per sviluppo di tumori. Ciò dimostra che la Riprogrammazione, seppur efficace, non era stata così benefica per la salute dei soggetti, vittime di una sorta di “overdose di giovinezza”, come è stata definita dallo stesso prof. Belmonte.

Miglioramento della pratica

Studi successivi hanno mirato a ridurre l’invasività del trattamento, al fine di evitare la morte dei soggetti sperimentali, pochi giorni dopo la terapia. Si è ipotizzato che una minore espressione dei fattori OSKM, potesse risultare meno pesante e consentisse, così, di ridurre il rischio di insorgenza di tumori.

I topi impiegati nella sperimentazione erano già stati ingegnerizzati per sintetizzare in autonomia una grande quantità di copie dei geni codificanti per questi fattori. Dunque, si trattava solo di indurne l’espressione, a intermittenza, ossia ricorsivamente, per brevi periodi di tempo, controllando così la quantità di espressione genica dei fattori di Riprogrammazione. Quest’ultimo aspetto è stato reso possibile grazie alla somministrazione di un farmaco, la doxiciclina: solo quando fornita, viene attivata la trascrizione dei fattori OSKM[5].

Risultati

Fornendo l’acqua con la doxiciclina solo per due giorni a settimana, la Riprogrammazione poteva avvenire con successo, ma per nessuno dei soggetti la pratica risultava fatale: i soggetti apparivano attivi e ringiovaniti; milza e reni funzionavano più efficientemente; il cuore pompava il sangue con più vigore; e la longevità di tutti gli individui sottoposti al trattamento è aumentata del 30%. Un completo successo.

Gli studi erano stati eseguiti solo su topi affetti da progeria, in cui il processo di invecchiamento è accelerato. È stato perciò necessario eseguire la pratica anche su topi wild type, cioè non affetti da alcun tipo di patologia e che quindi, sono soggetti all’influenza dell’invecchiamento fisiologico naturale.

Il risultato è stato che l’induzione ciclica dei fattori della Riprogrammazione ha portato benefici alle capacità rigenerative di pancreas e muscoli. Tale esito ha dimostrato che il trattamento è in grado di apportare miglioramenti alla qualità della vita in età avanzata e che questi sono attribuibili al ringiovanimento cellulare, rivelatosi quindi, anche funzionale e non solo estetico. L’output innovativo di questa ricerca è stato quello di produrre il primo organismo modello vivente a cui sia stata incrementata la longevità[5].

Inutile dire che i roditori mostrano notevoli differenze rispetto agli esseri umani. Ecco perchè, per questi ultimi, la strada verso il ringiovanimento sarà ancora lunga e incidentata. Tuttavia, questi risultati ci permettono di essere positivi per i progressi futuri nel campo del ringiovanimento tissutale.

Ulteriori ricerche di successo

Invertire l’invecchiamento muscolare

Successive sperimentazioni hanno permesso agli scienziati di ottenere risultati significativi nel miglioramento degli aspetti più degenerativi che caratterizzano l’avanzare dell’età. In particolar modo, sono stati effettuati numerosi studi nell’ambito della progressiva perdita di massa muscolare, la sarcopenia[6].

Con l’avanzare dell’età, le staminali deputate alla rigenerazione del tessuto muscolare (cellule satelliti) mutano da reversibilmente quiescenti a irreversibilmente senescenti.

Normalmente, le cellule satelliti dei muscoli scheletrici vanno incontro a un basso tasso di turnover, ragion per cui si trovano prevalentemente in uno stato di quiescenza, cioè si dividono molto poco. Tuttavia, in caso di danno muscolare, queste possono riattivarsi e iniziare a proliferare, per portare alla riparazione del tessuto.

Le cellule satelliti subiscono però delle variazioni intrinseche procedendo con l’invecchiamento biologico dell’organismo di cui fanno parte. Ciò le induce a entrare sempre di più in uno stato di pre-senescenza, riducendone l’attivazione, la proliferazione, l’auto-rinnovamento e inficiando così, la rigenerazione muscolare. Tale condizione sembra essere dovuta alla de-repressione di un gene codificante per un regolatore della senescenza cellulare, il p16INK4a.

Tramite trattamenti specifici, che impediscano l’attivazione trascrizionale di questo fattore, è stato possibile rinvigorire le cellule staminali muscolari per ripristinare la rigenerazione tissutale, anche in età avanzata.

invertire invecchiamento
Effetti della sperimentazione per il ringiovanimento muscolare: si assiste ad un’inversione del processo di perdita muscolare.

Invertire l’invecchiamento tramite trattamento ormonale

Nel 2019 è stato elaborato un particolare trattamento che ha previsto la somministrazione ad alcuni volontari, per un anno intero, di un cocktail composto da tre sostanze: ormone della crescita, metformina e deidroepiandrosterone (DHEA). Questi ultimi 2 sono farmaci antidiabetici molto comuni, impiegati per contrastare i possibili effetti collaterali dell’ormone della crescita, il quale è un noto promotore del diabete.

Anche in questo caso, i ricercatori hanno assistito a una vera e propria inversione del processo di invecchiamento. Infatti, si è assistito a un complessivo ringiovanimento dei tessuti[7].

Una delle possibili applicazioni terapeutiche di questa scoperta, è il ripristino della funzionalità del timo, il cui ruolo è quello di portare a maturazione i linfociti T del sistema immunitario. Il timo, di fatto, inizia gradualmente a restringersi già dopo la pubertà, riducendo la propria attività. I risultati ottenuti da tali sperimentazioni hanno dimostrato che le cellule del sangue dei soggetti a cui è stato fornito il trattamento, apparivano ringiovanite e in migliore stato proliferativo.

Tuttavia, restano molti gli interrogativi circa la validità della sperimentazione ormonale, dal momento che lo studio è stato effettuato solo su un piccolo campione. Sarebbero necessarie, infatti, maggiori evidenze statistiche per poter confermare i risultati.

Conclusioni

Queste promettenti ricerche circa l’impiego della tecnica della Riprogrammazione e dei trattamenti ormonali, al fine del ringiovanimento tissutale, introducono un valido punto di partenza per ipotizzare un futuro in cui sia possibile vivere più a lungo, migliorando al contempo, le condizioni di vita che caratterizzano l’invecchiamento cronologico.

Referenze

  1. Gibbs WW- Biomarkers and ageing: The clock-watcher – Nature. 2014 Apr 10;508(7495):168-70.
  2. Horvath S – DNA methylation age of human tissues and cell types | Genome Biology | Full Text (biomedcentral.com) – Genome Biology. 2013.
  3. Hannum G et Al – Genome-wide methylation profiles reveal quantitative views of human aging rates – PubMed (nih.gov) – Molecular Cell. 2013.
  4. Hayasaki E – Editing the epigenome, which turns our genes on and off, could be the “elixir of life” – MIT Technology Review.
  5. Ocampo A et Al  In vivo amelioration of age-associated hallmarks by partial reprogramming – Cell. 2016 Dec 15;167(7):1719-1733.e12.
  6. Li M, Belmonte JCI – Ageing: Genetic rejuvenation of old muscle – Nature. 2014 Feb 20;506(7488):304-5
  7. Abbot A – First hint that body’s ‘biological age’ can be reversed – Nature. 2019 Sep;573(7773):173.
  8. Gregory M et Al – Reversal of epigenetic aging and immunosenescent trends in humans – PubMed (nih.gov) – Ageing Cell. 2019.
]]>
https://www.biopills.net/invertire-invecchiamento/feed/ 0
CRISPR/Cas9 nella lotta ai tumori https://www.biopills.net/crispr-cas9-nella-lotta-ai-tumori/ https://www.biopills.net/crispr-cas9-nella-lotta-ai-tumori/#respond Tue, 26 Jan 2021 09:17:31 +0000 https://www.biopills.net/?p=42313 CRISPR/Cas9Negli ultimi anni, grazie all’immunoterapia e agli inibitori molecolari, le terapie contro i tumori sono diventate sempre più efficaci. Tuttavia molti tumori con il tempo sviluppano delle resistenze ai farmaci e, inoltre, questi stessi farmaci richiedono una somministrazione ripetuta aumentando il rischio di tossicità. Per risolvere questo problema entra in gioco il sistema CRISPR/Cas9, che […]]]> CRISPR/Cas9

Negli ultimi anni, grazie all’immunoterapia e agli inibitori molecolari, le terapie contro i tumori sono diventate sempre più efficaci. Tuttavia molti tumori con il tempo sviluppano delle resistenze ai farmaci e, inoltre, questi stessi farmaci richiedono una somministrazione ripetuta aumentando il rischio di tossicità. Per risolvere questo problema entra in gioco il sistema CRISPR/Cas9, che ha il potere di distruggere permanentemente i geni di sopravvivenza del tumore anche con un minor numero di trattamenti.

Leggi anche: Premio Nobel per la Chimica 2020 a CRISPR/Cas9

Il sistema Crispr-LNP

Il sistema CRISPR ideato per raggiungere questo obiettivo è composto da due molecole di RNA. L’RNA messaggero della Cas9, lungo 4300 basi (per un peso di 160 kDa) e l’RNA guida lungo 130 basi (∼31 kDa).  Queste molecole di RNA rappresentano un “cargo” eccessivamente grosso per poterlo impacchettare nei sistemi convenzionali di trasporto, cioè vettori virali e non virali. Per risolvere il problema di come consegnarle dal luogo dell’iniezione fino al loro bersaglio, le cellule tumorali, i ricercatori hanno sviluppato quindi un sistema basato sulle nanoparticelle lipidiche (lipid nanoparticles, LNP) formate da aminolipidi ionizzabili.

Crispr utile nella lotta ai tumori

I ricercatori hanno sfruttato questo sistema contro due tumori molto aggressivi e spesso fatali che sono il glioblastoma e il tumore metastatico delle ovaie. Hanno condotto esperimenti sia in vitro che in vivo su topi che in entrambe le condizioni hanno fornito risultati promettenti.

Utilizzando questo sistema cLNP, che ha come target il gene PLK1, è stato possibile introdurre nella sua sequenza una mutazione capace di bloccarne la trascrizione e inibire crescita e sopravvivenza di questi tumori nel topo con solamente una o due dosi di cLNP.

Nel topo con glioblastoma, tramite iniezione intracerebrale, una singola somministrazione di cLNP ha portato a un’efficienza di editing del gene PLK1 di circa il 70% inducendo le cellule tumorali all’apoptosi e portando così a un notevole aumento di sopravvivenza nei topi trattati.

È stato scelta l’iniezione intracerebrale per aggirare la barriera ematoencefalica, un grosso ostacolo per il passaggio dei farmaci così come per le nanoparticelle lipidiche.

Per trattare i tumori disseminati è stato utilizzato un sistema cLNP dove la nanoparticella lipidica è rivestita di anticorpi specifici contro un epitopo espresso dal tumore, per permettergli di riconoscere in modo diretto e specifico le cellule neoplastiche. Si usa questo sistema perchè il fegato può “intrappolare” queste particelle sequestrandole e non permettendo il loro corretto indirizzamento. In questo tipo di tumori il trattamento con queste cLNP coniugate ad anticorpi, due somministrazioni per via intraperitoneale, hanno portato ad un editing del gene di circa l’80% con un successivo incremento della sopravvivenza del topo trattato.

Referenze

]]>
https://www.biopills.net/crispr-cas9-nella-lotta-ai-tumori/feed/ 0
Anche l’adolescenza canina è un periodo critico https://www.biopills.net/adolescenza-canina/ https://www.biopills.net/adolescenza-canina/#respond Wed, 16 Dec 2020 10:00:51 +0000 https://www.biopills.net/?p=41139 adolescenza caninaTramite il processo di domesticazione, il cane potrebbe aver sviluppato un tratto assente nel suo antenato lupino: l’adolescenza canina. Il cane è stato sicuramente il nostro più grande esperimento. Ormai fa parte della nostra società ed è il membro di molte famiglie umane. Si stima che nel 2019 in Italia il 27,1% delle famiglie abbia […]]]> adolescenza canina

Tramite il processo di domesticazione, il cane potrebbe aver sviluppato un tratto assente nel suo antenato lupino: l’adolescenza canina. Il cane è stato sicuramente il nostro più grande esperimento. Ormai fa parte della nostra società ed è il membro di molte famiglie umane. Si stima che nel 2019 in Italia il 27,1% delle famiglie abbia un cane!

Il legame tra l’uomo e il cane è molto antico e personale. Si parla di circa 30.000 anni di storia condivisa, che ha lasciato tracce indelebili in questo animale. La dipendenza dall’uomo non è irreversibile: lo dimostra la presenza di cani rinselvatichiti in grandi parti del mondo (anche in Italia). Ma, insieme ad altre caratteristiche più o meno evidenti, è un tratto distintivo del cane rispetto alla sua controparte selvatica, il lupo.

Negli anni, gli studi hanno dimostrato in cosa il cane è diverso dal lupo e come la selezione artificiale ha influenzato il suo comportamento. Ormai è assodato che il cane distingue le emozioni umane e le persone che conosce dagli sconosciuti, anche con una condizione di scarsa luminosità. La ricerca etologica ha dimostrato che i cani in situazioni di difficoltà richiedono l’aiuto dei compagni umani tanto di meno quanto più sono geneticamente prossimi ai lupi. Un buon esempio è il cane lupo-cecoslovacco. Viceversa richiedono maggiormente l’aiuto dell’uomo le razze “meno lupine”. Tutti questi comportamenti, secondo gli esperti, sarebbero frutto della selezione artificiale e dell’antico legame che accomuna l’uomo e il cane.

La domesticazione ha portato all’adolescenza canina?

Nell’uomo conosciamo bene l’adolescenza, un periodo critico della vita di tutti noi che è stato il centro di accese discussioni, soprattutto tra gli psichiatri e gli psicologi. Nonostante le teorie, talvolta romanzate, sull’adolescenza umana si sa che è un periodo che non tutti attraversano allo stesso modo, dato che può essere vissuto diversamente a seconda di fattori individuali e dei modelli sociali imperanti. Questo periodo è presente solo nell’uomo? Sembrerebbe di no. Anche i nostri amici a quattro zampe possono diventare degli adolescenti scalmanati.

Uno studio di Asher e colleghi (2020), ha dimostrato che esiste un periodo critico simile all’adolescenza umana anche nel cane. Nella loro ricerca gli autori considerano cani al primo esordio della maturità sessuale confrontando, tra loro, quelli con un buon rapporto con il loro compagno umano e cani con umani poco presenti.

Un aspetto critico, sottolineato dagli stessi autori, è la scelta di posizionare l’adolescenza canina all’età dell’insorgenza del primo proestro: questa però è variabile tra razze diverse e anche da individuo a individuo. Per prima cosa i ricercatori hanno raccolto, attraverso dei questionari, informazioni generali sui cani, sul loro rapporto con il compagno umano e sui comportamenti di attaccamento mostrati nei suoi confronti.

In seguito hanno valutato un altro aspetto fondamentale, il grado di obbedienza ad ordini impartiti al cane dal suo compagno umano oppure da uno sconosciuto, per capire come i cani rispondono alle due diverse condizioni.

I risultati sull’adolescenza canina

Gli autori hanno dimostrato che i cani, soprattutto quelli con un rapporto peggiore con il compagno umano, rispondono meno ai suoi comandi mentre tendono a seguire con maggior frequenza quelli di un estraneo. La riduzione dell’obbedienza solo verso i “genitori” indica cambiamenti ormonali, neurali e fisiologici tipici dell’adolescenza. Per questo motivo gli autori sostengono che la disobbedienza del cane sia causata principalmente dal loro rapporto con gli umani di casa.

Come nei fenomeni di attaccamento familiare umano, anche nell’attaccamento del cane verso l’uomo osserviamo un fenomeno simile. All’aumentare dei comportamenti di stress mostrati dal cane adolescente dopo una separazione con il “genitore” principale, aumenta anche la sua disobbedienza quando la persona fa ritorno.

Conclusione

Il processo di domesticazione facilita, o addirittura causa, l’adolescenza canina?  Il periodo adolescenziale esiste anche nel lupo o si ritrova esclusivamente nel cane? Ci sono razze più predisposte a questo fenomeno? Sono tutte domande attualmente senza risposta, ma si spera che in un futuro nuovi studi facciano luce su questo periodo dello sviluppo che accumuna, anche se in parte e in modo simile, la vita dell’uomo e quella del cane.

Referenze

]]>
https://www.biopills.net/adolescenza-canina/feed/ 0