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Nuova scoperta: come i legumi possono liberarci dai fertilizzanti

11 marzo 2010 2 commenti  
L’impiego sempre maggiore di fertilizzanti azotati in agricoltura è annoverabile tra le principali fonti di inquinamento e tra le cause del surriscaldamento globale, ma una nuova scoperta da parte di ricercatori della Stanford University potrebbe invertire tale tendenza, con grande beneficio per l’ambiente.

L’azoto è un elemento indispensabile per la vita di tutte le piante, ma il nostro pianeta sta pagando un prezzo molto, troppo alto a causa del massiccio impiego di fertilizzanti azotati: quando tali sostanze si disperdono in fiumi e laghi circostanti i campi coltivati, causano una smisurata colonizzazione da parte di alghe, che destabilizzano completamente tali ecosistemi acquatici, rendendoli zone desolate carenti di ossigeno e dunque prive di qualsiasi forma di vita (eccetto le alghe stesse e batteri).

Mississippi Dead Zone: le zone rosse e arancioni sono quelle a minor concentrazione di ossigeno disciolto.

Il processo prende il nome di eutrofizzazione, e un grave e triste esempio degli effetti di tale condizione di ipossia (carenza di ossigeno nell’ambiente) è fornito dalla “Zona Morta” (Dead Zone) che si estende per 9300 km2 nel Golfo del Messico (equivalente ad una regione come le Marche per intenderci..), in cui nessun organismo acquatico può sopravvivere: a riguardo consiglio un buon articolo del Corriere della Sera, redatto ormai 12 anni or sono – Crollano le cattedrali di corallo (12 luglio 1998)

Come se non bastasse, i fertilizzanti rilasciano ossido di diazoto gassoso (N2O , detto anche ossido nitroso), che è un potente gas serra, con il relativo effetto sul clima che possiamo facilmente immaginare.

La nuova scoperta dei ricercatori di Stanford getta luce sul meccanismo attraverso cui le piante leguminose (soia, piselli, ceci, fagioli, lenticchie per citarne solo alcune) riescano a indurre i batteri azoto-fissatori che vivono nelle loro radici, a produrre, a partire da azoto molecolare N2, ammoniaca e composti azotati, nutrienti essenziali per la pianta con cui vive in simbiosi (per ulteriori informazioni vedi Azotofissazione – Wikipedia).

La maggiore comprensione del processo può portare ad applicazioni che incrementino la produttività agricola, abbattendo contemporaneamente l’impiego di fertilizzanti azotati.

Dice la biologa molecolare Sharon Long: “Abbiamo scoperto un nuovo processo biologico, attraverso cui le piante leguminose controllano il comportamento dei batteri simbionti. Queste piante hanno un sistema di processamento proteico specializzato, che genera spefici segnali proteici. Questi erano sconosciuti fino ad ora, ma adesso traspare con ogni evidenza che essi siano critici per determinare la fissazione dell’azoto da parte dei batteri.”

La capacità delle leguminose di catturare l’azoto dall’aria e di trasformarlo in nutrimento (fissandolo, appunto) inoltre lascia il terreno arricchito delle sostanze nutritizie contenute nello scarto della pianta che rimane sul suolo dopo la raccolta, creando un fertilizzante naturale per le successive colture.

Ciò d’altronde è la base della rotazione delle colture: l’alternanza tra legumi e altre colture è stato in passato il pilastro fondamentale dell’agricoltura di tutto il mondo per migliaia di anni. Solo di recente, invece, si è iniziato a capire come funzionasse la fissazione dell’azoto, e per quale motivo alcuni legumi siano più efficienti di altri in tale processo.

Il punto chiave della ricerca condotta dal team di Long è un gene della pianta indispensabile per la formazione di un preciso segnale chimico, in assenza del quale l’azoto non è in alcun modo fissato dai batteri simbionti.

I batteri azoto-fissatori sono una fonte di nutrimento assicurata per le leguminose

Batteri azoto-fissatori (sulla sinistra) e noduli radicali in cui essi risiedono (destra)

I batteri simbionti risiedono all’interno dei noduli delle radici delle leguminose, dove catturano l’azoto molecolare presente nel suolo e lo convertono in ammoniaca, che nutre la pianta: solamente i batteri che possiedono l’enzima nitrogenasi hanno la capacità di azotofissazione, e quindi solo piante che ospitano batteri azoto-fissatori hanno tale facile fonte di nutrienti. Tutte le altre piante sono costrette ad usare come fonte d’azoto organico i composti azotati già presenti nel suolo, ed è proprio in questa logica che si impiegano i fertilizzanti azotati.

Tale caratteristica particolare permette alle leguminose di poter prosperare anche in terreni poveri di composti azotati, poco fertili per altri tipi di piante, ma solo se contengono nei propri noduli radicali i giusti batteri simbionti.

“Tanto più si innalza l’efficienza di produzione delle leguminose e il range di terreni in cui sia possibile coltivarle, tanto più esse possono aiutare a ridurre l’impiego di fertilizzanti industriali, e quindi a ridurre la contaminazione delle acque e la decomposizione in forma ossidata gassosa” annuncia la Long.

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Categorie:Agronomia

HIV si rifugia nelle cellule progenitrici del sangue

9 marzo 2010 2 commenti  
Il virus dell’AIDS evita i trattamenti farmacologici nascondendosi nelle progenitrici ematopoietiche e rimanendovi latente

L’infezione da parte di HIV può persistere nonostante le terapie perchè questo virus rimane latente all’interno delle cellule, pronto a moltiplicarsi nuovamente quando la terapia viene interrotta. Alcuni ricercatori dell’University of Michigan hanno scoperto che le cellule progenitrici che si sviluppano in cellule del sistema immunitario costituiscono importanti “serbatoi” (o “santuari”, in cui il virus si rifugia al sicuro) per il virus.

Il virus HIV - foto S. Kaulitzki

Questi serbatoi cellulari sono resistenti alla risposta immunitaria dell’organismo e alla terapia HAART (highly active antiretroviral therapy) somministrata ai pazienti; ciò significa che il virus può attaccare i globuli bianchi del sangue noti come linfociti T CD4+, che aiutano l’organismo a innescare la risposta immunitaria, anche dopo il trattamento terapeutico.

“Vi sono molti casi in cui, dopo aver interrotto le terapie, il virus è rispuntato fuori nei pazienti” dice Kathleen Collins, biologa cellulare alla University of Michigan, autrice dello studio pubblicato su Nature Medicine “per evitare la riapparizione del virus, non vi è alcuna alternativa se non continuare la somministrazione di farmaci”.

La terapia HAART blocca la diffusione del virus inibendo la capacità del genoma virale di integrarsi nelle nuove cellule; il cocktail di farmaci usato in questa terapia non attacca direttamente le cellule infette, che generano nuove copie del virus, ma impedisce che i virus neosintetizzati infettino altre cellule sane.

I ricercatori hanno dimostrato che il virus dell’ HIV ha come bersaglio le cellule progenitrici ematopoietiche (HPCs) del midollo osseo, precursori dei globuli bianchi del sangue: tali cellule sono state estratte da pazienti cui è stata somministrata la HAART e che non abbiano mostrato tracce del virus per almeno 6 mesi.

Quando poi i ricercatori hanno indotto in vitro tali progenitrici HPC a differenziarsi in globuli bianchi, hanno trovato il genoma di HIV all’interno di tali cellule in circa il 40% dei pazienti, nonostante essi non manifestassero la presenza del virus nel sangue.

Inoltre sono state prelevate cellule di midollo da individui sani e sono state infettate con HIV: il risultato è stato che in alcuni casi il virus ha ucciso la cellula ospite per replicarsi, ma in altri casi ha integrato il suo genoma nei cromosomi dell’ospite, senza replicarsi. Tali cellule hanno quindi continuato a crescere e duplicarsi senza mostrare alcuna traccia del virus.

“Durante il trattamento farmacologico il virus continua a essere presente nei pazienti infetti, ma può arrecare pochi danni in quanto non può diffondere in nuove cellule” dice Collins.

In assenza dei farmaci, invece, l’infezione riappare e i pazienti hanno bisogno di riprendere la terapia.

“Accorciando la terapia a due anni, si potrebbero cambiare radicalmente le cose” sostiene la Collins “abbassando notevolmente i costi e estendendola più ampiamente nei paesi poveri”.

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Categorie:Medicina e salute

Predire il destino di cellule staminali in coltura

9 marzo 2010 Nessun commento  
Un nuovo metodo computazionale decodifica i movimenti cellulari e predice esattamente in che modo le cellule si divideranno

Ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute (stato di New York)  hanno scoperto un nuovo metodo computazionale  per la previsione del destino di cellule staminali con una precisione del 99%; i risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Methods 7 di marzo.

Un computer coglie, attraverso una serie di scatti, gli impercettibili movimenti cellulari invisibili all'occhio umano

Utilizzando una avanzata tecnologia di visione computerizzata per rilevare i minimi movimenti cellulari, talmente impercettibili da non essere individuabili direttamente dall’occhio umano, il professore Badrinath Roysam e il suo ex-studente (nel 1989) Andrew Cohen possono prevedere con successo in quale maniera una cellula staminale si dividerà e quali caratteristiche chiave esibiranno le cellule figlie.

Poichè consente l’isolamento di cellule con funzioni specifiche, tale scoperta potrà un giorno condurre a metodi efficaci per la crescita di cellule staminali su larga scala per uso terapeutico.

“In una coltura cellulare tutte le staminali costituenti hanno identico aspetto, ma il nostro nuovo metodo è sensibile ad ogni piccola differenza nella forma e nei movimenti di ogni singola cellula, ed usa tali indizi per predire efficacemente in quale tipo di cellula figlia più differenziata si dividerà la staminale” – dice Roysam, professore di ingegneria elettrica, informatica e dei sistemi al Rensselaer – “Siamo convinti che questo metodo sarà molto utile un giorno per estrarre cellule staminali da un paziente, e quindi far crescere in gran quantità solo il tipo di cellule di cui il paziente necessita. Ciò permetterebbe molti nuovi tipi di terapie mediche basate sull’impiego di cellule staminali.”

Al fine di ottenere nuove terapie basate su staminali che siano applicabili ed efficaci, i ricercatori devono poter avere accesso a un gran numero di cellule specifiche, e questo è di indubbia difficoltà, in quanto al momento non esistono metodi per controllare o manipolare la divisione della maggior parte dei tipi cellulari: quando una cellula staminale o una cellula progenitrice (meno differenziata) si divide attraverso la mitosi, le 2 cellule figlie risultanti possono essere o auto-rinnovanti o terminali.

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Categorie:Biotech

Sequenziato il genoma dell’ameba Naegleria gruberi

5 marzo 2010 Nessun commento  
Com’era la Terra un miliardo e mezzo di anni fa? E che organismi la popolavano?

Nel lungo cammino evolutivo che dai batteri porta agli esseri umani, una tappa fondamentale si verificò circa 1.5 miliardi di anni fa, quando i microbi iniziarono a “costruire” compartimenti cellulari ove riporre i loro materiali, ad esempio il DNA all’interno del nucleo, o facendo finire tutto il macchinario energetico all’interno dei mitocondri.

La forma natante di Naegleria, con i due flagelli. Il nucleo è colorato in blu

Alcuni scienziati hanno di recente sequenziato il genoma di uno strano organismo unicellulare chiamato Naegleria gruberi, che rappresenta un utile riferimento per comprendere appieno il passaggio da procarioti, in cui tutte le proteine necessarie alla vita “galleggiano” in una specie di minestrone all’interno della cellula, ad eucarioti, che presentano tali proteine organizzate in un sistema altamente compartimentalizzato.

La sequenza, ottenuta dal  Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) e da analisi degli scienziati dell’University of California – Berkeley, della Lancaster University britannica e da altri centri statunitensi e inglesi, è stata pubblicata oggi, 5 marzo, nella rivista Cell.

“In un certo senso, l’analisi del genoma di Naegleria ci mostra come sarebbe potuto essere il nostro pianeta più di un miliardo di anni fa, e  il tipo e le caratteristiche degli organismi che lo abitarono” dice Simon E. Prochnik, bioinformatico del JGI e di Berkeley, e coautore dell’articolo su Cell.

Un organismo dalla tripla personalità: caccia batteri sottoforma di ameba, nuota in forma flagellata e diventa quiescente nelle sembianze di cisti

Naegleria è un ameba comune nel suolo – l’organismo sequenziato è stato tratto dal fango di un boschetto di eucalipti nel campus di Berkeley – che, in condizioni di stress, sviluppa rapidamente due flagelli, simili alla coda di uno spermatozoo, che usa per nuotare nelle pozze.

Micrografia elettronica di cisti di Naegleria

Inoltre può assumere una terza sembianza, diventando una dura cisti, che può resistere a lungo nel suolo fino a quando l’ambiente diventi abbastanza caldo e umido per permetterle di riassumere la forma vegetativa di ameba.

“Questo organismo unicellulare caccia e mangia i batteri sottoforma di ameba, nuota in giro alla ricerca di un ambiente migliore  nella forma flagellata, e si ferma al sicuro aspettando tempi migliori nelle sembianze di cisti” dice Prochnik. “La trasformazione da ameba a cellula flagellata, come quello che si riscontra in N.gruberi, è evento molto raro”

Non sorprende dunque che il genoma di tale organismo possegga molti geni che permettono queste tre distinte “identità”: sono stati identificati ben 15727 geni codificanti proteine, un gran numero se consideriamo che l’essere umano ne possiede circa 23000 codificanti.

Continua Prochnik: “Naegleria ha un sacco di geni perchè ha uno stile di vita molto più complicato della maggior parte degli organismi unicellulari (in particolare dei parassiti), il che gli assicura una estrema versatilità: Naegleria contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per sopravvivere in un gran numero di ambienti diversi e ad una vasta gamma di sollecitazioni”

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Categorie:Biologia

Ibridazione tra H1N1 e H5N1 può portare ad aviaria pandemica

4 marzo 2010 Nessun commento  
Uno studio statunitense conferma purtroppo le indiscrezioni che aleggiano da ottobre 2009

Secondo uno studio pubblicato sul sito dell’ University of Wisconsin-Madison, interazioni genetiche tra il virus dell’influenza aviaria H5N1 e quello della influenza stagionale umana potrebbero potenzialmente dare origine ad un nuovo ceppo ibrido, che potrebbe unire la virulenza della influenza aviaria con la capacità pandemica di H1N1

Il virus pandemico umano H1N1

In esperimenti di laboratorio su cavie, un singolo segmento genico derivante dal virus H3N2 dell’influenza stagionale umana, è stato in grado di convertire il virus dell’aviaria H5N1 in una forma altamente patogena. 

“Alcuni ibridi tra il virus H5N1 e il virus dell’influenza stagionale si sono rivelati più patogeni del H5N1 originale, e ciò è preoccupante”, spiega  Yoshihiro Kawaoka, virologo presso l’University of Wisconsin-Madison e responsabile del nuovo studio. 

Il virus dell’influenza aviaria H5N1 si è diffuso in tutto il mondo attraverso le popolazioni di uccelli e si sono riscontrati 442 casi confermati nell’uomo di cui 262 hanno causato morte, riportando i dati dell’ Organizzazione Mondiale della Sanità. Comunque ad oggi, nonostante questi casi, l’influenza aviaria non è stata in grado di diffondere con efficacia tra le persone. 

“Il virus H5N1 non ha mai acquisito la capacità di trasmettere attraverso gli esseri umani, ed è per questo che non abbiamo avuto una pandemia nonostante la sua larga diffusione in tutto il globo. La preoccupazione è che il virus pandemico H1N1  potrebbe conferire tale sua caratteristica anche ad H5N1, altamente patogeno” dice Kawaoka, professore di Scienze patobiologiche al UW-Madison School of Veterinary Medicine. 

Come possono i due ceppi virali unirsi in un ibrido ancora più potente?

Due virus che infettano una singola cellula ospite possono scambiare materiale genetico, o riassortire, portando alla creazione di ceppi ibridi con caratteristiche di entrambi i virus progenitori. Prima di tale ricerca, i virus ibridi creati in laboratorio per studio si sono sempre rivelati meno virulenti dei ceppi parentali: i nuovi risultati ottenuti, invece, non possono che destare la preoccupazione che il virus H5N1 e il pandemico H1N1 possano riassortire all’interno di individui esposti ad entrambi i virus, e generare un nuovo ceppo influenzale altamente virulento e contagioso.

L’aumentata virulenza sembra derivare da uno degli 8 geni del genoma virale, chiamato PB2, che sembra proprio determinare “quanto bene” il virus dell’aviaria possa crescere in cellule ospiti di mammifero, incluso quelle umane. Quando testati su topi, la versione di PB2 del virus umano, inserita all’interno del genoma di H5N1, converte tale virus aviario in una forma altamente patogena. 

I ricercatori sostengono che la sorveglianza delle popolazioni virali è un fattore critico per monitorare la potenziale comparsa di varianti virali ad alta patogenicità, ad esempio generate dal riassortimento tra virus dell’influenza aviaria e umana. I loro risultati, che comprendono anche l’identificazione del segmento genico PB2 come fattore chiave di una maggiore virulenza, offrono informazioni che potrebbero essere molto utili in caso di una pandemia causata da un ibrido di questo tipo. 

Conclude Kawaoka (non senza un pizzico di pessimismo.. [ndr])
“Con il nuovo virus pandemico H1N1, le persone  hanno dimenticato il virus H5N1 dell’influenza aviaria. Ma la realtà è che H5N1 è ancora la fuori. I nostri dati suggeriscono che esiste la possibilità di riassortimento genico tra H5 e il pandemico H1N1, che può portare ad un virus ancora più patogeno di H5N1“. 

Fonte: University of Wisconsin-Madison

Categorie:Medicina e salute

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