Non tutto il grasso vien per nuocere

Si avvicina il Natale e presto saremo tutti intorno a tavolate piene di prelibatezze provenienti da ogni dove. Ogni tanto affiorerà il pensiero di quanto grasso stiamo accumulando.. Ma per queste feste vogliamo fare in modo che nessuno si senta in colpa, neanche gli adipociti, le nostre cellule di grasso, ed in questo ci aiuteranno gli Scienziatimatti di oggi!

La Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta, è un organismo modello usato spesso in biologia perché molto facile da modificare geneticamente e molto veloce nel riprodursi.

I ricercatori, armati di un laser in stile Jedi, hanno creato dei taglietti su degli embrioni di Drosophila per studiare come si rimarginano le ferite. Stranamente, delle cellule giganti si avvicinavano alle ferite. Queste erano le cellule del grasso, che nella Drosophila si chiamano FBCs (Fat Body Cells) e sono l’equivalente dei nostri adipociti.

Le cellule di grasso (in verde) si muovono verso la ferita piena di scarti di cellule epiteliali (arancioni nel modello, rosse nelle immagini di microscopio). Il tempo in minuti ci dice quanto è passato da quando è stata fatta la ferita. In alto vediamo un modello; al centro delle immagini prese al microscopio (linea bianca di 20 µm). Più in basso vediamo il video delle cellule di grasso che si muovono verso la ferita, messa in evidenza da un cerchio tratteggiato che appare all’inizio del video (da Franz et al. 2018).

Non si era mai vista una cellula del grasso muoversi prima d’ora! Tra l’altro, in genere le cellule si muovono camminando su una superficie o aggrappandosi a qualcosa, ma qui le FBC erano sospese in un liquido. Meravigliosamente, i ricercatori hanno visto che le FBC sanno nuotare e si muovono per contrazioni successive, come fanno le meduse.

Cellula di grasso (FBC) che si muove per raggiungere la ferita (il cerchio tratteggiato all’inizio del video). Qui vediamo l’actina, il citoscheletro della cellula che si contrae in maniera organizzata (simile ad un’onda) per far muovere la cellula. A sinistra vediamo tutta la cellula, mentre a destra vediamo solo una sezione centrale (da Franz et al. 2018).

Ma perché le cellule di grasso dovrebbero andare verso una ferita? 

Viste le dimensioni enormi delle FBC, gli Scienziatimatti hanno ipotizzato che potessero svolgere una funzione di tappo per impedire a batteri e altri patogeni di entrare nel corpo dalla ferita aperta. In effetti, una volta arrivate sul luogo del delitto, le FBC cominciavano a legarsi alle cellule sui bordi della ferita e a sigillare l’area.

Gli embrioni di Drosophila sono stati osservati al microscopio elettronico che permette di osservare dettagli estremamente piccoli. Così è stato possibile vedere che effettivamente le cellule di grasso sigillano l’area della ferita: osserviamo il quadratino in basso a destra nell’immagine grande: tra la cellula epiteliale (verde) e la cellula del grasso (blu) non resta neanche uno spiraglio! La barra bianca nell’immagine di sinistra è di 20 µm, mentre le barre nere dell’immagine a destra sono di 500 nm (da Franz et al. 2018).

Affinché un taglio si rimargini bene, è necessario pulire a fondo la zona ed a questo ci pensano i macrofagi, le cellule spazzine. Le enormi FBC possono spazzare tutto lo sporco verso i macrofagi per velocizzare il processo. Per di più, in Drosophile modificate geneticamente per non avere macrofagi, le FBC mangiavano loro stesse lo sporco al posto delle cellule spazzine!
Per finire, gli adipociti dei mammiferi possono produrre sostanze antimicrobiche, ed i nostri Scienziatimatti si sono chiesti se le FBC potessero fare altrettanto. Allora, dopo aver tagliato gli embrioni dei moscerini, hanno aggiunto dei batteri, degli Escherichia coli, per monitorare la risposta delle FBC, scoprendo così che anche le FBC possono produrre sostanze capaci di uccidere i batteri.

Ricapitolando, le cellule di grasso di Drosophila possono:

  • Nuotare verso una ferita appena fatta
  • Sigillare l’area per impedire l’accesso a corpuscoli e batteri
  • Facilitare la pulizia dell’area
  • Disinfettare la zona

Negli ultimi anni avevamo scoperto che il tessuto adiposo produce ormoni con effetti sul metabolismo ed è in grado di influenzare il decorso di una infiammazione. Purtroppo, quando c’è troppo tessuto adiposo queste funzioni sono accentuate e rischiamo infiammazioni croniche e diabete. 

Il segreto per beneficiare dei tanti lati positivi del grasso sta nel non esagerare: l’adipe serve nelle giuste quantità! 

Quindi, durante le feste rilassiamoci e pensiamo ai nostri Scienziatimatti, che ci hanno mostrato il ruolo chiave del grasso nella riparazione delle ferite. Possibile che anche le nostre cellule adipose si comportino come quelle di Drosophila e si muovano verso le ferite? Ci aspettano tante belle ricerche per scoprirlo!

Buon appetito e buone feste dagli Scienziatimatti!


Qui il link alla ricerca originale: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.01.026

Intestino microbiota

Lotte tra titani: Batteri contro Virus

La scoperta di oggi parla di batteri e virus, due entità microscopiche che possiamo trovare quasi ovunque intorno a noi. I batteri protagonisti di questa storia vivono in simbiosi con noi nel nostro intestino, dove formano il cosiddetto microbiota, un insieme di microrganismi che trovano riparo e protezione nel nostro corpo ed in cambio ci aiuta a digerire il cibo. 

I virus sono ancora più piccoli dei batteri e rappresentano il confine tra il mondo vivente e quello inanimato. Sono scatole con dentro materiale genetico (DNA o RNA) e nient’altro. E proprio perché non contengono nient’altro, non possono riprodursi, caratteristica fondamentale della vita. I virus non sono però nemmeno oggetti inanimati, in quanto vanno a caccia: appena trovano una cellula, le iniettano il loro materiale genetico, infettandola.

I virus sono incredibilmente difficili da curare. Se contro i batteri abbiamo gli antibiotici (inutili contro i virus), di farmaci antivirali per ora ne esistono pochissimi. Abbiamo i vaccini che insegnano al nostro sistema immunitario come combattere questi mini-predatori, ma per molti virus non si riesce a sviluppare un vaccino

Conosciamo tutti il terribile HIV, il virus dell’immunodeficienza umana, causa dell’AIDS. L’HIV non sopravvive fuori dal corpo e viene ucciso quasi istantaneamente al contatto con l’aria. I virus resistenti all’ambiente hanno nomi che incutono meno paura dell’HIV. Stiamo parlando di Adenovirus, Rhinovirus, e Rotavirus, per esempio. Questi virus causano problemi comuni come congiuntivite, raffreddore, e diarrea.

Ok, la diarrea è fastidiosa, ma non è certo così preoccupante come l’HIV, no? Beh, non proprio, … ma specialmente nei paesi in via di sviluppo, la diarrea da Rotavirus causa fino a 1 milione di morti all’anno nei bambini al di sotto dei 5 anni. Il problema non è quindi da sottovalutare!

Gli Scienziatimatti di oggi, studiando le infezioni da rotavirus, hanno scoperto per caso un gruppo di topi che per qualche strana ragione era resistente alle infezioni da rotavirus. 

Topi normali (linea nera) o topi resistenti (linea rossa) sono stati infettati con Rotavirus. Quando ci si ammala, le nostre feci contengono un sacco di Rotavirus, quindi le feci dei topi sono state analizzate per capire se I topi erano malati o no. Solo I topi normali si sono ammalati. Ma I topi normali che condividevano la gabbia coi topi resistenti (e che quindi erano a contatto con le feci dei topi resistenti) diventavano resistenti a loro volta (linea blu, uguale alla linea rossa).

Per di più, questi topi non avevano il sistema immunitario, che, stando alle nostre conoscenze attuali, è l’unica arma a nostra disposizione contro i virus!
Visto che rotavirus entra nel corpo dal nostro intestino, I ricercatori hanno ipotizzato che ci fosse lo zampino del microbiota. Infatti, se topi normali venivano messi in contatto con le feci di topi resistenti a rotavirus in modo da passare il microbiota dai topi resistenti ai topi normali, questi ultimi diventavano a loro volta resistenti.

Nell’imagine vediamo una foto degli intestini di topi (in verde le cellule più esterne dell’intestino, in blu, tutte le cellule) che hanno ricevuto un trapianto fecale e che sono stati successivamente infettati con Rotavirus (in rosso). Topi non infettati (naïve) non hanno nessuna traccia di rosso. Topi che invece delle feci protettive hanno ricevuto una soluzione salina (PBS) diventano infettati (vediamo le macchie rosse, segno della presenza di Rotavirus). Topi che hanno ricevuto feci di topi normali si ammalano lo stesso (FT JAX, vediamo ancora macchie rosse). Invece I topi che hanno ricevuto le feci dei topi resistenti (FT-GSU) diventano a loro volta resistenti.

Il microbiota dei topi resistenti è stato analizzato ed è venuto fuori che, rispetto al microbiota dei topi normali, c’erano tantissimi batteri segmentati filamentosi, o SFB (segmented filamentous bacteria). 

Foto dell’interno dell’intestino di topi fatte con un microscopio elettronico. In (i) vediamo l’intestino di topi normali, non resistenti a Rotavirus. In (ii) vediamo l’intestino dei topi resistenti che è pieno di tubicini. Questi “tubicini” sono I nostri batteri segmentati filamentosi (SFB).

Gli Scienziatimatti hanno visto che bastava iniettare gli SFB per rendere i topi immuni a rotavirus, anche se usare le feci “intere” dava sempre risultati migliori, segno che probabilmente nel microbiota ci sono altri agenti antivirali. 

Per giunta, gli SFB sembrano essere capaci di combattere anche altri virus come per esempio il virus dell’influenza!

Gli SFB possono anche causare la produzione di sostanze pro-infiammatorie, quindi bisognerà studiare attentamente come usare questi batteri senza scatenare infiammazioni intestinali, ma questo studio ci indica una nuova strada per combattere i virus utilizzando semplicemente i nostri amici batteri simbionti!

dai diamanti non nasce niente, dal letame nascono i fior.

Fabrizio De André

Qui il link alla ricerca originale: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.09.028

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Piccoli alleati per combattere i tumori

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



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

Dimmi cosa mangi…

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

Meccanici acrobati che riparano microscopici camion in corsa

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Ecco un’immagine tridimensionale di una struttura più che microscopica!

 

 

Avete degli occhialini 3D tipo questi?

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Provate a guardare l’immagine e vedrete che i puntini nella foto di destra sono in rilievo!  

Ma cerchiamo di renderci conto delle dimensioni del soggetto di queste foto. Guardatevi un capello. Quanto è spesso? Per aiutarci abbiamo preso l’immagine ingrandita di un capello da wikipedia: (https://it.wikipedia.org/wiki/Capelli#/media/File:Human_hair_2000X_-_SEM_MUSE.tif)

img4Vedete quella macchietta su cui punta la freccia, al di sotto dell’immagine del capello? Quella è la nostra foto 3D!!

Una simile risoluzione è resa possibile grazie all’uso di un microscopio elettronico a trasmissione che, con una tecnica neanche troppo complicata, ci permette di fare foto in 3D all’interno della cellula!

Già di per sé questo è sbalorditivo, ma cosa hanno fotografato i ricercatori?

La cellula è come una città in miniatura, con un via vai incredibile di macchine e camion che trasportano merci e persone da un posto all’altro. Nella foto vediamo una “grande” palla con tante piccole palline attaccate sopra. Anche per i ricercatori è difficile riconoscere queste strutture così piccole, quindi i piccoli pallini sono stati colorati di viola al computer.

La “grande” palla è un camion pieno di materiale che viaggia dentro la cellula. Il camion (in gergo tecnico parliamo di endo-lisosomi) trasporta cibo, pezzi per costruire e riparare varie strutture, o sostanze di rifiuto come per esempio dei microscopici frammenti di metalli che respiriamo nel traffico cittadino. In più certi batteri, forti dei loro miliardi di anni di evoluzione, hanno trovato il modo di usare questi camion per farsi trasportare senza rischio all’interno delle cellule per conquistarle ed usarle per i loro scopi malvagi.

I pallini viola sono dei meccanici (in gergo ESCRT.. Dall’inglese “escort” che vuol dire accompagnatore). I meccanici erano già conosciuti, ma non si sapeva assolutamente che potessero andare sui camion! Cosa ci fanno su questi camion? Possibile che stiano tentando una riparazione in corsa?  

Due gruppi diversi di ricercatori hanno dimostrato che questo è proprio ciò che sta succedendo nella foto. Dei meccanici infinitamente piccoli si buttano su un camion in corsa per ripararlo.. E qualcuno è riuscito a fotografarli!

Perché lo fanno? Le cellule in genere non fanno cose inutili, quindi se decidono di far correre un tale rischio ai meccanici ci deve essere un motivo.

Abbiamo detto che i camion possono trasportare batteri e sostanze di rifiuto. Questi carichi però danneggiano il camion e spesso un camion danneggiato scoppia causando la morte della cellula e l’infiammazione della parte di corpo in cui la cellula vive. Per evitare di morire, la cellula ha addestrato questi meccanici a fare riparazioni acrobatiche. In certi casi è comunque opportuno lasciare i meccanici a terra: se i danni sono troppo grandi è inutile riparare. In questo caso interverranno gli spazzini per isolare il camion e smaltirlo senza danni per la cellula (un processo detto autofagia).

Adesso che sappiamo di cosa sono capaci, sarà possibile provare ad addestrare i meccanici a riconoscere i camion pieni di batteri in modo che li portino dagli spazzini, o a fare acrobazie ancora più folli per salvare i camion e ridurre le infiammazioni che potrebbero sfuggire al controllo del nostro corpo.


Ecco qui i link alle due ricerche originali:

http://science.sciencemag.org/content/360/6384/eaar5078 (la foto viene da qui)

https://www.biorxiv.org/content/early/2018/05/03/313866


 

OH NOO! Uno dei due articoli è a pagamento!

Sci-hub è un sito brutto e cattivo che ci permette di aprire aggratis gli articoli a pagamento. Siccome tale sito è brutto e cattivo, noi non ci sogneremmo mai di utilizzarlo! Poi cambia sempre dominio quindi bisogna cercare ogni volta l’ultima versione su google.. Una noia! Mooolto meglio pagare 50€ per ogni articolo! Mi raccomando: Non cercate Sci-hub su google e non incollate il titolo dell’articolo nella barra che appare con le scritte in cirillico premendo poi invio! 🙂