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I batteri possiedono un sistema immunitario acquisito

24 ottobre 2010 1 commento  
Si tratta probabilmente di una delle scoperte più importanti degli ultimi dieci anni, nell’ambito della biologia molecolare.

Un nuovo studio della Rice University ha determinato un modello matematico per descrivere un sistema di immunità acquisita all’interno di batteri, capace di contrastare l’infezione di batteriofagi.

I batteriofagi sono virus che attaccano specificatamente i batteri, il loro meccanismo d’azione si basa sull’iniezione del loro genoma all’interno dell’ospite, allo scopo di riprodursi sfruttando il suo macchinario molecolare. Sembra che i batteri, però, abbiano sviluppato un sistema per immunizzarsi da alcune di queste potenziali minacce.

Ipotetico meccanismo d'azione di CRISPR

La ricerca si è concentrata sulla regione CRISPR (“clustered regularly interspaced short palindromic repeats”) del DNA batterico. Essa è composta da due tipi di sequenze: la prima, che da il nome alla regione e che inizialmente aveva catalizzato l’interesse scientifico, contiene brevi ripetizioni; nella seconda, inizialmente identificata come DNA spaziatore fra le ripetizioni, sono contenute sequenze genetiche specifiche dei fagi.

Quando una sequenza di un fago si trova nella regione CRISPR, il batterio è immunizzato dall’infezione di quel fago, in quanto diviene in grado di riconoscere e degradare il genoma virale, in maniera analoga al processo di RNA interference (RNAi) degli organismi eucariotici.

“Da una prospettiva puramente scientifica, questa ricerca ci insegna cose che non si sarebbe nemmeno potuto immaginare solo pochi anni fa, ma c’è anche un interesse applicativo in questo lavoro”, afferma Micheal Deem, professore di Biochimica, Ingegneria Genetica, Fisica e Astronomia alla Rice University.

In sostanza, la CRISPR agisce immagazzinando un insieme di frammenti dei genomi di quei virus che attaccano il batterio, immagazzinamento che avviene mediante opportuni complessi proteici che agiscono una volta entrati a contatto con materiale genetico esogeno. Quindi essa risulta essere ereditabile, quando il batterio si divide, ma anche programmabile durante la vita dell’organismo. Il CRISPR può contenere da trenta a cinquanta diversi frammenti, che implicano la resistenza nei confronti di altrettanti tipi di fago.

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Categorie:Biologia

Bioingegneria: virus M13 per splittare l’acqua in idrogeno ed ossigeno

11 aprile 2010 3 commenti  
Un passo decisivo verso la conversione dell’acqua in idrogeno combustibile

Un team di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha scoperto un nuovo modo per imitare il processo attraverso cui le piante usano l’energia solare per dividere (splittare) l’acqua ed ottenere il carburante chimico necessario alla loro crescita. Il team ha utilizzato un virus opportunamente modificato come una sorta di impalcatura biologica che possa assemblare i componenti (su scala nanometrica) necessari per dividere una molecola di acqua in idrogeno e ossigeno.

Molecole di pigmento e catalizzatore si assemblano attorno al virus M13 modificato, a formare una struttura simile ad un nano-cavo elettrico

Dividere l’acqua nei suoi elementi costituenti è un modo per risolvere il problema di base dell’energia solare, ovvero il fatto che essa sia disponibile solo quando il sole splende. Utilizzando la luce del sole per ottenere idrogeno dall’acqua, questo può poi essere immagazzinato in una pila a combustibile che generi energia elettrica in caso di necessità, oppure tale idrogeno può essere impiegato per fare combustibili liquidi per auto e camion.

Altri ricercatori in passato hanno messo a punto sistemi che usano l’energia elettrica, magari ricavata da pannelli solari, per dividere le molecole di acqua, ma il nuovo sistema a base biologica salta i passaggi intermedi e utilizza la luce solare per alimentare direttamente la reazione.
L’anteprima della ricerca è stata pubblicata oggi, 11 aprile, su Nature Nanotechnology.

Il team, guidato da Angela Belcher, professoressa di scienze dei materiali ed ingegneria biologica al Germeshausen Center, ha ingegnerizzato il virus M13, un comune ed innocuo batteriofago, in modo che fosse capace di attrarre e legare molecole di un catalizzatore (in questo caso ossido di iridio) e di un pigmento biologico (porfirina coordinata a zinco). Il virus è diventato così, in virtù della forma filamentosa del fago M13, un dispositivo simile ad un cavo elettrico, capace di splittare in modo molto efficiente l’ossigeno dalle molecole d’acqua.

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Categorie:Biotech

Inibitori della replicazione virale per curare l’epatite C

29 marzo 2010 Nessun commento  
Inibitori proteici legano il materiale genetico del virus, impedendone la replicazione

Un team di ricerca dell’University of Utah ha scoperto che il legame di un potente inibitore del virus dell’epatite C (HCVhepatitis C virus) al materiale genetico del virus causa un grande cambiamento conformazionale che può influenzare molto negativamente la capacità di replicazione del virus.  

Micrografia elettronica del virus dell'epatite C (HCV)

Quello dell’epatite C è un grande problema di salute pubblica, che affligge circa 170 milioni di persone in tutto il mondo, con 2-3 milioni di nuovi casi diagnosticati ogni anno. Negli Stati Uniti l’infezione da HCV (virus dell’epatite C) è la causa principale di cancro al fegato e trapianto di fegato, e porta a morte circa 10mila persone ogni anno.  

Attualmente il più efficace trattamento per l’epatite C, per cui non esiste ancora un vaccino a causa dell’elevata variabilità delle glicoproteine dell’envelope (lo strato fosfolipidico che riveste il capside, a riguardo cfr link), oltre che alla difficoltà di replicazione di HCV in vitro, è un agente chiamato interferone pegilato, che è spesso combinato con un farmaco antivirale chiamato ribavirina.  

“Le terapie attualmente disponibili per le infezioni di epatite C hanno un efficacia limitata, con una risposta minore del 50%“, dice Darrel R. Davis, autore dello studio e professore di biochimica alla University of Utah. “Tuttavia sono state individuate diverse piccole molecole che inibiscono la replicazione virale, ed esse rappresentano potenziali opportunità per nuovi e più efficaci trattamenti per HCV”  

Il virus HCV è un membro della famiglia delle Flaviviridae, che include anche i virus che causano la febbre gialla e la dengue, caratterizzato dall’avere un genoma ad RNA a singolo filamento (a polarità positiva).  

Esistono 6 diversi genotipi principali di HCV, che differiscono leggermente nella loro costituzione genetica e danno diverse risposte ai trattamenti terapeutici. Ricerche precedenti hanno mostrato come l’assunzione di una particolare struttura tridimensionale da parte del genoma a RNA del virus sia cruciale per iniziare il processo di replicazione virale.  

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Categorie:Medicina e salute

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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