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Decifrato il linguaggio dei linfociti T, la stele di Rosetta del sistema immunitario

Decifrato il linguaggio dei linfociti T, la stele di Rosetta del sistema immunitario

Come può il nostro sistema immunitario difenderci da aggressori così diversi tra loro come virus, parassiti, funghi e tumori? Il segreto sta nel grande numero di cloni di linfociti T e B, ciascuno dei quali esprime un particolare recettore specifico. Fino a pochi anni fa, ...  
Primarie PD: sei domande per scienza e ricerca in Italia

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La riparazione dei mismatch sul DNA agisce in una definita finestra temporale

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La replicazione dei batteri magnetotattici: dividere le bussole

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Svelato il mistero della talpa che non sente il dolore

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Decifrato il linguaggio dei linfociti T, la stele di Rosetta del sistema immunitario

25 gennaio 2015 Nessun commento

Come può il nostro sistema immunitario difenderci da aggressori così diversi tra loro come virus, parassiti, funghi e tumori? Il segreto sta nel grande numero di cloni di linfociti T e B, ciascuno dei quali esprime un particolare recettore specifico. Fino a pochi anni fa, decifrare la complessità di questo immenso repertorio era considerata un’operazione impossibile.

L’analisi della specificità e funzione dei linfociti T combinata con i nuovi strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione rappresentano una stele di Rosetta moderna che permette di decifrare la risposta immunitaria dell’uomo contro patogeni e vaccini.

Mancava una “stele di Rosetta”, ovvero una chiave di decodifica per “tradurre” e capire questo “linguaggio” in tutta la sua complessità. Oggi, grazie allo sviluppo di strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione (next generation sequencing, NGS) è possibile ottenere rapidamente milioni di sequenze che rappresentano la carta d’identità dei linfociti T. Ma come si può risalire da questi dati alla specificità dei singoli cloni di linfociti e come possiamo capire la loro funzione?

La scoperta

A questa domanda ha dato risposta uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Science e condotto da un gruppo di ricercatori diretti da Federica Sallusto dell’Istituto di Ricerca in Biomedicina di Bellinzona (Università della Svizzera Italiana). Lo studio descrive un nuovo approccio che permette di decifrare il linguaggio dei linfociti T, le cellule del sistema immunitario che ci proteggono da patogeni e tumori. Combinando metodiche di next generation sequencing con la stimolazione in vitro e l’analisi delle cellule specifiche, i ricercatori sono riusciti, per la prima volta, a stabilire un catalogo completo della risposta immunitaria a patogeni e vaccini. In particolare hanno catalogato tutti i cloni che rispondono a un particolare microrganismo, determinandone la specificità e le proprietà funzionali, ad esempio la capacità di produrre mediatori dell’infiammazione (citochine) o di migrare in diversi tessuti.

I risultati delle ricerche sono sorprendenti sotto diversi punti di vista. Innanzitutto, il repertorio di linfociti T specifici è molto vasto e comprende migliaia di cloni, ciascuno caratterizzato da un diverso recettore. Un secondo risultato, del tutto inaspettato, è che all’interno dello stesso clone le cellule possono specializzarsi a svolgere diverse funzioni e a migrare in diversi tessuti.

La risposta immunitaria dell’uomo contro patogeni e vaccini comprende migliaia di cloni di linfociti T di diversa grandezza, ciascuno con una propria carta d’identità, che può essere “decifrata” combinando l’analisi della specificità e funzione con i nuovi strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione.

Secondo Federica Sallusto, “usando questo nuovo approccio possiamo decifrare rapidamente il linguaggio dei linfociti T, cioè la loro identità, specificità e funzione, e possiamo farlo per le migliaia di cloni che mediano la risposta immunitaria a batteri e vaccini. In questo modo abbiamo scoperto che quando un linfocita T riconosce un patogeno e prolifera per debellarlo, le cellule figlie possono andare incontro a destini diversi, ad esempio acquisire la capacità di produrre diversi tipi di citochine o di migrare in diversi tessuti dell’organismo. Questa estrema flessibilità dei linfociti T umani rappresenta un elemento nuovo che spiega come il sistema immunitario sia in grado di reagire agli attacchi con differenti armi e su più fronti”.

La ricerca è stata sostenuta dal Fondo Nazionale Svizzero, dal Consiglio europeo per la ricerca scientifica (ERC), e dalla Comunità Europea.

L’Istituto di Ricerca in Biomedicina di Bellinzona

L’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB), fondato nel 2000 a Bellinzona, è stato affiliato all’Università della Svizzera italiana (USI) nel 2010. Finanziato da istituzioni private e pubbliche e da finanziamenti a concorso, attualmente l’IRB conta nove gruppi di ricerca e 90 100 ricercatori. La ricerca è focalizzata sulle difese dell’organismo umano contro le infezioni, i tumori e le malattie degenerative. Con oltre 370 410 pubblicazioni nelle principali riviste scientifiche, l’IRB rappresenta un centro di eccellenza per l’immunologia. www.irb.usi.ch

Dati dell’articolo

Becattini, S., D. Latorre, F. Mele, M. Foglierini, C. De Gregorio, A. Cassotta, B. Fernandez, S. Kelderman, T.N. Schumacher, D. Corti, A. Lanzavecchia, and F. Sallusto. 2014. Functional heterogeneity of human memory CD4+ T cell clones primed by pathogens or vaccines. Science. 1260668. doi:10.1126/science.1260668.

Fonte: IRB.usi.ch
Elaborazione grafica: Antonino Cassotta e Mathilde Foglierini.

Primarie PD: sei domande per scienza e ricerca in Italia

17 novembre 2012 Nessun commento
Sei domande per rilanciare in maniera seria il dibattito scientifico in Italia, alla vigilia delle elezioni primarie del PD e delle future elezioni politiche per la Presidenza del Consiglio

Riporto l’ottima iniziativa di un nutrito gruppo di giornalisti scientifici, blogger, ricercatori ma anche studenti e semplici cittadini, riuniti attorno alla rivista “Le Scienze”, i quali, preso atto della totale mancanza di domande inerenti la scienza e il destino della ricerca italiana nel recente dibattito televisivo tra i cinque candidati alla segreteria del Partito Democratico, hanno preso la decisione di incalzare gli stessi con sei domande che rappresentano i temi più delicati e controversi dell’attuale legislazione/prassi nel nostro Paese.

Ecco il testo delle sei domande, estrapolato dall’articolo apparso sul sito de Le Scienze:

Le sei domande

1. Quali politiche intende perseguire per il rilancio della ricerca in Italia, sia di base sia applicata, e quali provvedimenti concreti intende promuovere a favore dei ricercatori più giovani?

2. Quali misure adotterà per la messa in sicurezza del territorio nazionale dal punto di vista sismico e idrogeologico?

3. Qual è la sua posizione sul cambiamento climatico e quali politiche energetiche si propone di mettere in campo?

4. Quali politiche intende adottare in materia di fecondazione assistita e testamento biologico? In  particolare, qual è la sua posizione sulla legge 40?

5.Quali politiche intende adottare per la sperimentazione pubblica in pieno campo di OGM e per l’etichettatura anche di latte, carni e formaggi derivati da animali nutriti con mangimi OGM?

6. Qual è la sua posizione in merito alle medicine alternative, in particolare per quel che riguarda il rimborso di queste terapie da parte del SSN?

L’iniziativa è promossa e organizzata attraverso il gruppo FacebookDibattito Scienza
Hashtag Twitter: #dibattitoscienza #primarieCSX

E proprio il gruppo su Facebook si propone di elaborare ulteriori e più tenaci domande da rivolgere al momento opportuno ai candidati alla Presidenza del Consiglio, quando sarà tempo di elezioni politiche. Chiunque voglia partecipare alla definizione di tali ulteriori domande non deve far altro che iscriversi al gruppo e proporre la propria posizione:

le domande dovranno ricadere in una di queste categorie: scienza, ambiente, salute, alimentazione, ricerca, scuola, università, tecnologia e questione energetica. Un po’ come ha fatto il sito sciencedebate.org con Obama e Romney.

 

Intanto sono già giunte le risposte di Nichi Vendola e di Laura Puppato, quest’ultima pubblicata proprio oggi sul sito del Fatto Quotidiano:

Appena disponibili saranno linkate anche le risposte degli altri candidati.

 

 ### Aggiornamento 21-11-12 ###


Ecco finalmente le risposte dei candidati: Le Scienze – Primarie del centro-sinistra, le risposte su scienza e ricerca 

Ed invece qui c’è la (lunga) lista dei firmatari dell’iniziativa che, ricordo, è destinata a proseguire in vista delle elezioni politiche.


La riparazione dei mismatch sul DNA agisce in una definita finestra temporale

30 dicembre 2011 2 commenti

Negli eucarioti, quel vastissimo gruppo di organismi che include anche l’uomo, indispensabile alla sopravvivenza risulta essere l’abilità di alcune proteine di riparare errori genetici che insorgono quando il DNA è replicato poco prima della divisione cellulare, e di farlo in maniera rapida ed accurata.

In un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori del Ludwig Institute for Cancer Research e della San Diego School of Medicine hanno parzalmente risolto il mistero di come queste proteine svolgano il loro compito nei confronti degli appaiamenti errati di basi azotate (mismatch) che possono subentrare con la replicazione, in un processo noto come DNA mismatch repair (MMR).

Una dei più importanti interrogativi di tale risposta è come le proteine del MMR possano discriminare quale delle due basi di un mismatch sia quella “giusta” e quale quella “sbagliata”.

dice Christopher D. Putnam, membro del team che ha condotto la ricerca.

Per esempio, se una guanina (G) dopo la replicazione risulta appaiata (non correttamente) con una timina (T), dove risiede l’errore? Nella G o nella T? Se il meccanismo di riparazione rimuove la base originariamente presente nel DNA templato, anzichè quella erratamente incorporata, si avrà come risultato una mutazione, non una riparazione!

Gli eterodimeri Msh2-Msh6 eucariotici, omologhi alla proteina MutS batterica, riconoscono i mismatch sul genoma ed avviano la loro riparazione

Usando l’organismo modello Saccharomyces cerevisiae, ovvero il lievito del pane, i ricercatori guidati da Richard D. Kolodner hanno scoperto che il filamento di DNA neosintetizzato porta con se un segnale temporaneo per i 10-15 minuti successivi alla replicazione, che lo marca così come nuovo e potenzialmente “errato” agli occhi del meccanismo di MMR.

La precisa natura di tale segnale non è stata tuttavia identificata, e le principali ipotesi sono la presenza di nick (tagli a singolo filamento) sul filamento neosintetizzato, oppure l’associazione sullo stesso di specifiche proteine legate alla replicazione.

Tale scoperta, unita alla pubblicazione in passato del primo lavoro che visualizza l’azione del meccanismo MMR in vivo, aggiunge un’ulteriore tassello di conoscenza al modo in cui gli eucarioti eliminino gli errori di replicazione del DNA, meccanismi strettamente alla lotta o all’insorgenza del cancro.

Come gli eucarioti marchino i filamenti di DNA di nuova sintesi è un mistero che dura da 30 anni – dice Putnam - ma tale lavoro chiarisce molto le idee su come il meccanismo di riparazione dei mismatch funzioni.

Fonte: Science
Review MMR negli eucarioti – JBC.org

Categorie:Biologia

La replicazione dei batteri magnetotattici: dividere le bussole

21 dicembre 2011 Nessun commento

I batteri magnetotattici sono una particolare classe di microrganismi descritti per la prima volta da Richard Blakemore negli anni 70, dotati della particolare caratteristica di orientarsi lungo le linee del campo magnetico terrestre.

Tali proprietà di risposta al magnetismo probabilmente aiutano i batteri marini che vivono in condizioni di scarsità di ossigeno a navigare nell’acqua e nei sedimenti e ad “orientarsi” in un ambiente in cui i livelli di nutrienti essenziali come ossideno e solfuri cambiano drasticamente con la profondità, come afferma Dirk Schüler, microbiologo alla Ludwig–Maximilians University di Monaco.

Le bussole di tali batteri sono costituite da piccoli organelli chiamati magnetosomi, che contengono cristalli di magnetite (Fe3O4), greigite (Fe3S4) ed altri minerali magnetici: il campo magnetico prodotto da un singolo magnetosoma non è però sufficientemente forte ad orientare il microbo al campo terrestre, perciò tali organelli si uniscono assieme in una catena per poter costituire un magnete più forte.

Il problema subentra nel momento in cui le cellule si replicano: normalmente i batteri si dividono tramite un iniziale accrescimento longitudinale, e sintetizzano quindi nuova parete cellulare nel versante interno della zona centrale, il cosiddetto solco di divisione, che accrescendosi si inabissa sempre più nel citoplasma, chiudendosi come un cappio, sino a quando i lembi della parete neosintetizzata non si congiungono e i due nuovi batteri si staccano. La forza generata dal solco di divisione non è però da sola sufficiente, dice Schüler, a “staccare” le catene di magnetosomi che si attraggono come calamite.

Dunque i batteri magnetotattici presentano un duplice problema in fase di replicazione: riuscire a vincere le forze magnetiche interne che tendono a non far separare le due future cellule figlie, e al tempo stesso riuscire a ripartire equamente gli organelli magnetici per trasferire il vantaggio selettivo della sensibilità magnetica ad entrambe le nuove cellule.

L'angolazione assunta dalle due future cellule figlie indebolisce le resistenze magnetiche interne. In rosso sono riportate le catene di magnetosomi.

Usando tecniche di microscopia ottica ed elettronica, il team di Schüler ha seguito in tempo reale la divisione in due cellule figlie del batterio  Magnetospirillum gryphiswaldense, paradigma della classe dei batteri magnetotattici. Inizialmente il processo di divisione ha seguito la classica scaletta della scissione batterica: dopo la replicazione del genoma, la cellula ha iniziato ad allungarsi e quindi ad assottigliarsi progressivamente nella zona centrale.

A questo punto inizia la novità: infatti i magnetosomi iniziano a migrare verso il centro e si accumulano a livello del solco di scissione tramite l’interazione con proteine citoscheletriche actin-like; quindi le due future cellule figlie assumono un’angolazione l’una rispetto all’altra di circa 50 gradi, e infine si separano rapidamente. L’evidente “piega” che la cellula in divisione assume sembra dovuta al fatto che il solco di divisione si accresce (verso l’interno della cellula) in maniera asimmetrica, che ha come risultato uno sbilanciamento di forze su uno dei due versanti, portando i due “semicilindri” che costituiscono le cellule figlie ad inclinarsi tra loro.

Perchè fare tutta questa fatica per separare le due cellule figlie? Semplicemente perchè imprimendo una deviazione di questo tipo è possibile indebolire le forze magnetiche tra i magnetosomi accumulati sotto il solco di scissione, e quindi ripartire equamente tra le due nuove cellule i preziosi organelli.

L’energia necessaria per staccare le catene di magnetosomi, imprimendo una piegatura di questo tipo, è dell’ordine dei 10 piconewtons, ovvero equivalente alla forza normalmente generata durante la scissione binaria batterica

dice Schüler. Dunque  M. gryphiswaldense non fa altro che utilizzare la normale energia richiesta per la scissione, semplicemente ottimizzando la “geometria” della divisione per riuscire a battere le sue resistenze magnetiche interne.

Fonte: Molecular Microbiology

Categorie:Biologia

Svelato il mistero della talpa che non sente il dolore

19 dicembre 2011 Nessun commento

La talpa senza pelo, nativa dell’Africa Orientale,  oltre al singolare nome scientifico (Heterocephalus glaber), non manca di stravaganti caratteristiche biologiche,: vive sottoterra in condizioni di semioscurità, è priva di peli, ha un’aspettativa di vita di oltre vent’anni, caso più unico che raro tra i roditori, e non si ammala quasi mai di cancro.

Recentemente è stata svelata una sua ennesima caratteristica particolare, ovvero l’insensibilità al dolore derivante dall’acido: questo tipo di adattamento consente alle talpe di prosperare nei tunnel sotterranei che formano le loro colonie, nonostante la presenza di elevati livelli di acidità dovuti all’accumulo di anidride carbonica sprigionata alla morte degli animali.

Approfondire la conoscenza su come funzionano i pathway del dolore è un passo fondamentale per lo sviluppo di nuovi modi di trattare il dolore

dice Ewan St. John Smith, il responsabile del nuovo studio, neuroscienziato del Max Delbrück Center for Molecular Medicine di Berlino.

Primo piano della curiosa (quanto antiestetica) talpa senza pelo

Smith e i suoi colleghi avevano in precedenza scoperto che iniettando piccole quantità di acido nella zampa di una talpa senza pelo non si aveva nessuna reazione da parte dell’animale. Al contrario i topi sottoposti allo stesso trattamento immediatamente ritraevano la zampa e la iniziavano a leccare: giusto per farsi un’idea del tipo di dolore somministrato, si pensi a quello che un uomo può sentire se si versa del succo di limone su una ferita.

E’ noto che l’acido è percepito attraverso i nocicettori, una particolare classe di recettori presente sui neuroni nocicettivi, ovvero quei sensori deputati a raccogliere stimoli esterni potenzialmente dannosi per l’organismo e a trasmetterli al sistema nervoso centrale per avviare la risposta del dolore. Tali recettori sono canali ionici che “percepiscono” la presenza di acidi tramite una risposta a elevate concentrazioni di protoni (che derivano dalle condizioni acide) aprendosi e stimolando così il neurone. Smith si aspettava dunque  che analizzando i neuroni della talpa non avrebbe trovato i recettori per l’acido, oppure ne avrebbe trovata una versione non funzionale: invece è emerso che la talpa senza pelo possiede gli stessi nocicettori dei topi, e con le stesse funzionalità.

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Categorie:Biologia, Neuroscienze

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