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Category ArchiveBiologia molecolare

DIABETE DI TIPO 1: nessuna paura, basta conoscerlo!

Il diabete, nonostante sia una patologia molto diffusa nella popolazione poche persone hanno la reale consapevolezza della patologia stessa, di quale sia lo stile di vita da seguire e soprattutto quanto possa incidere nei bambini. A questo proposito il portale dell’epidemiologia per la sanità pubblica a cura dell’Istituto Superiore di Sanità ci informa che nel 2017 nel mondo sono 425 milioni le persone che vivono con il diabete e 212 milioni non sanno di averlo. In Italia, invece, le persone con diabete sono oltre 3 milioni e 200 mila, cioè il 5,3% dell’intera popolazione. Questi numeri ci fanno riflettere molto anche sull’impatto sociale che questa patologia ha sui sistemi sanitari nazionali e sulle misure di prevenzione da adottare.

Ma prima di parlare di quali siano i vari tipi di diabete, cerchiamo di capire i meccanismi molecolari del metabolismo glucidico. Il glucosio entra nell’organismo attraverso l’alimentazione e viene trasportato agli organi che ne hanno bisogno attraverso particolari trasportatori chiamati “ glucosio permeasi” (GLUT). Vi sono varie isoforme di glucosio permeasi:

• L’isoforma presente a livello epatico;

• L’isoforma presente a livello del muscolo e del tessuto adiposo (GLUT4);

• L’isoforma presente a livello delle cellule β pancreatiche (GLUT2);

• L’isoforma presente a livello cerebrale nei neuroni.

Il glucosio circolante entra nella cellula β del pancreas tramite il trasportatore di membrana GLUT-2,  viene metabolizzato nella via della glicolisi con formazione di ATP. Quest’ultima si lega ad un canale del potassio sensibile all’ATP, il potassio fuoriesce determinando la depolarizzazione della cellula stessa e l’apertura dei canali del calcio. A questo punto il calcio entra nella cellula e l’insulina viene rilasciata.

Meccanismo di rilascio dell’insulina da parte delle cellule pancreatiche

In condizioni normali, dopo un pasto i livelli di glucosio ematico aumentano (80-120 mg/dL), stimolando le cellule β del pancreas a produrre insulina, la quale abbassa i livelli di glucosio riportandoli nella norma. L’insulina, quando viene rilasciata agisce su tre organi fondamentali:

  • Fegato: L’insulina a livello epatico stimola la produzione di un particolare enzima, l’esochinasi, il quale è in grado di catalizzare la conversione di glucosio in glucosio 6 fosfato. In questo modo viene mantenuta bassa la concentrazione di glucosio intracellulare.
  • Muscolo: L’insulina a livello muscolare inibisce la degradazione delle proteine e stimola l’ingresso di glucosio nel muscolo attraverso l’esposizione del trasportatore GLUT4. Ricordiamo che il muscolo è un organo che richiede glucosio per produrre energia utile alla contrazione.
  • Tessuto adiposo: L’insulina nel tessuto adiposo stimola il trasporto di glucosio attraverso GLUT4 negli adipociti.

Nel momento in cui l’insulina prodotta dalle cellule pancreatiche non è sufficiente ad abbassare i livelli di glucosio ematico si parla di una patologia molto diffusa, il diabete mellito. Il diabete è una patologia sistemica in quanto coinvolge tutto il corpo ma non si deve confondere con l’insulino-resistenza, condizione in cui alcune delle cellule β non sono in grado di sintetizzare insulina, mentre le rimanenti sono normo-funzionanti e sopperiscono alla defaillance delle cellule che non sono in grado di produrre insulina. In questo caso non si ha una condizione di diabete, perché il pancreas è ancora in grado di produrre l’insulina tale da soddisfare le esigenze corporee. Il diabete mellito, invece, viene diagnosticato quando i livelli di glucosio superano i 126 mg/dL a digiuno o se la glicemia, misurata dopo due ore dalla somministrazione orale di un carico di glucosio di 1 g per Kg di peso corporeo, è maggiore o uguale ai 200 mg/dL.

E’ possibile distinguere 4 tipi di diabete secondo una classificazione eziopatologica:

Diabete di tipo I, causato da una distruzione delle cellule β su base autoimmune, un tempo conosciuto come diabete infantile;

Diabete di tipo II, causato da un deficit parziale della secrezione di insulina e denominato anche diabete alimentare;

Altri tipi di diabete, causato da difetti genetici delle cellule pancreatiche, da difetti genetici dell’azione dell’insulina, indotto da farmaci o causato da malattie del pancreas esocrino;

Diabete mellito gestazionale, diagnosticato per la prima volta durante la gravidanza e, in genere, regredisce dopo il parto per ripresentarsi a distanza di anni con le stesse caratteristiche di diabete di tipo II.

Focalizziamo, adesso, l’attenzione su quello che è il cuore del nostro articolo: Il diabete di tipo I. Il diabete di tipo I è considerata una patologia autoimmune in quanto è caratterizzata da una distruzione progressiva delle cellule β pancreatiche con conseguente carenza assoluta di insulina.

In altre parole, il sistema immunitario, invece di produrre anticorpi contro ciò che è estraneo all’organismo, li produce anche contro specifici organi, in questo caso il pancreas, riconoscendolo come estraneo. Questi anticorpi sono definiti “autoanticorpi” e vanno a distruggere progressivamente le cellule  pancreatiche rilasciando, allo stesso tempo, citochine infiammatorie e citotossiche. La conseguenza di questa distruzione è la mancata produzione di insulina da parte del pancreas tale da determinare iper-glicemia nei pazienti affetti. Per questo motivo, questo tipo di diabete è definito anche “insulino-dipendente” in quanto è sempre necessaria la somministrazione di insulina per la sopravvivenza del soggetto affetto. Inoltre, questo tipo di diabete può colpire sia bambini che adulti in cui ci sia una predisposizione a malattie autoimmuni o a disfunzioni delle cellule pancreatiche.

COME VIENE DIAGNOSTICATO IL DIABETE DI TIPO 1?

Essendo una patologia su base autoimmune, oltre al controllo dei valori di glicemia a digiuno e dopo un carico di glucosio, per avere diagnosi certa bisogna valutare la presenza di specifici anticorpi, quali:

  • Anticorpi diretti contro gli antigeni delle cellule β (ICA)
  • Anticorpi anti-decarbossilasi dell’acido glutammico (GAD)
  • Anti-insulina (IAA)
  • Anti-proteina 2 associata a insulinoma (IA-2)

Questi anticorpi risulteranno positivi alla prima diagnosi ma successivamente tendono a negativizzarsi.

QUALI SONO I SINTOMI?

Un bambino affetto da diabete mellito di tipo 1 inizialmente è completamente asintomatico, successivamente possono comparire specifiche manifestazioni cliniche:

  • Astenia (stanchezza fisica o muscolare), dovuta alla perdita di liquidi e presenza di pressione arteriosa bassa;
  • Eccessiva fame;
  • Perdita di peso, inizialmente dovuta alla perdita di acqua e delle riserve energetiche (glicogeno, trigliceridi), successivamente è da attribuirsi alla perdita della massa muscolare a causa della mancanza dell’effetto anabolico dell’insulina;
  • Poliuria (aumento della quantità di urina emessa);
  • Polidipsia( Aumento del senso della sete).

QUAL È LA TERAPIA GIUSTA DA SEGUIRE?

Un bambino affetto da diabete di tipo 1 necessita di somministrazioni giornaliere di insulina, associate ad un piano alimentare atto a tenere sotto controllo i livelli di carboidrati da assumere ad ogni pasto. Quindi è utile che il bambino venga seguito da due figure professionali specifiche:

  1. Diabetologo, il quale sarà in grado di valutare il tipo di diabete e di prescrivere le dosi di insulina da fare al giorno, in genere divise in 4 dosi: colazione, prima di pranzo, prima di cena ( somministrazione rapida) e dopo cena (somministrazione lenta).
  2. Biologo nutrizionista o dietista o medico nutrizionista, in grado di elaborare un piano nutrizionale personalizzato a basso indice glicemico e a basso contenuto di carboidrati.

E’ importante sottolineare che un bambino con diabete di tipo 1 è un bambino assolutamente normale, pertanto può e deve condurre una vita sociale, scolastica e familiare del tutto normale, uguale agli altri bambini. E’ fondamentale che ci sia il totale appoggio in famiglia e da parte degli  insegnanti, i quali dovrebbero sensibilizzare gli altri bambini alla conoscenza della patologia e al coinvolgimento emotivo del bambino affetto. Se così non fosse è opportuno porre la giusta conoscenza della patologia agli insegnanti e alla restante classe, per fare in modo che il bambino conduca una serena vita scolastica, in armonia con i propri amici. Una forma adulta del diabete di tipo 1 è, invece, conosciuta con il nome di “Diabete LADA”, ovvero “Latent Autoimmune Diabetes in Adults” (Diabete autoimmune latente negli adulti). I pazienti affetti sono in genere individui non sovrappeso, di età compresa tra i 30 e i 50 anni, con familiarità per diabete mellito di tipo 1 o per malattie autoimmuni. I sintomi e la terapia da utilizzare sono molto simili a quelli presenti nel diabete di tipo 1.

ESISTE UNA PREVENZIONE POSSIBILE?

Ad oggi purtroppo nessuna terapia si è dimostrata efficace nel prevenire il diabete di tipo 1 nei soggetti predisposti  o nell’evitare la dipendenza dall’insulina nei bambini di nuova diagnosi. L’unica prevenzione possibile è seguire un sano stile di vita, caratterizzato da esercizio fisico e alimentazione varia ed equilibrata. In questo modo si riduce l’incidenza di obesità o sovrappeso e, di conseguenza, le patologie ad esse correlate. Ancora una volta possiamo affermare quanto sia importante acquisire un corretto stile di vita sin dai primi anni di vita del bambino per prevenire patologie complesse da gestire….

Come si dice spesso, “Prevenire è meglio che curare”.

                                                                                                   Dott.ssa Morra Serena

Sitografia e Bibliografia

www.epicentro.iss.it

Portale dell’epidemiologia della sanità pubblica a cura dell’Istituto Superiore di Sanità.

“Il Diabete”, Scuola di Nutrizione Salernitana a cura della Dott.ssa F.Manfra e della Dott.ssa E.Spirito.

Il DNA nelle indagini

Nell’ambito delle indagini forensi, siano esse scene del crimine, studi evoluzionistici o più semplicemente test di parentela, il DNA rappresenta uno strumento estremamente importante. Questa molecola permette l’identificazione degli individui, i rapporti di parentela, il riconoscimento di malattie ed anche il percorso migratorio delle popolazioni del passato.

Il DNA è principalmente estratto da sangue, saliva, ossa, denti, tessuti biologici, urina, sudore, feci, liquido seminale e formazioni pilifere. Successivamente si eseguirà un flusso di lavoro più consono all’ambito di ricerca corrispondente.

La più piccola unità funzionale degli esseri viventi è la cellula. Tranne alcune eccezioni, nelle cellule sono presenti 2 tipi di DNA: nucleare e mitocondriale. Sebbene facenti parte di una stessa cellula, queste due molecole hanno in realtà caratteristiche molto diverse tra loro.

Il DNA nucleare

Il DNA nucleare, come suggerisce il nome stesso, è racchiuso nel nucleo della cellula (Fig.1).
Strutturalmente si presenta come la caratteristica doppia elica che siamo abituati a pensare ogni qualvolta si fa riferimento al DNA.
Lungo più di 2 metri, per poterlo racchiudere nel nucleo, viene avvolto molte volte su stesso (superavvolgimento) ed arrotolato attorno a proteine globulari dette istoni. Questa peculiare collana di perle prende il nome di cromatina.

Fig.1 Il DNA nucleare

Quando la cellula non è in divisione, la cromatina si presenta come una massa arruffata di filamenti lunghi e sottili. Durante la divisione cellulare invece, le fibre di cromatina si condensano dando origine a strutture ordinate: i cromosomi. Ogni cromosoma è costituito da due parti bastoncellari identiche dette cromatidi, legate insieme in un punto, il centromero, non necessariamente centrale. Il numero e la dimensione dei cromosomi è peculiare per ogni specie. Nell’uomo sono presenti 23 coppie di cromosomi, per un totale di 46. Ogni cromosoma è presente in doppia copia: uno di origine materna e uno paterno. Di queste, 22 coppie sono costituite dagli autosomi, cromosomi presenti sia nei maschi che nelle femmine. L’altra coppia è rappresentata invece dai cromosomi sessuali che definiscono il sesso dell’individuo: XX per le femmine, XY per i maschi.

Il DNA nucleare costituisce il patrimonio genetico di un essere vivente, pertanto varia da soggetto a soggetto, ma è lo stesso in ogni sua cellula. Esso è trasmesso ai figli come combinazione del materiale genetico di entrambi i genitori. Inoltre, è sottoposto al fenomeno di ricombinazione genica. Tale meccanismo permette lo scambio di porzioni omologhe di DNA tra cromatidi appartenenti a due cromosomi diversi. Questo rende il DNA unico ed irripetibile per ciascun individuo. Basti pensare che circa il 99,7% di DNA risulta comune tra tutti gli individui, differendo solo per lo 0,3%. Ciò implica che, prendendo a caso due individui, i loro genomi conterranno almeno 3 milioni di differenze. La probabilità di trovare due individui con lo stesso DNA è pertanto alquanto trascurabile, eccezion fatta per i gemelli omozigoti.

Normalmente le tecniche per l’identificazione personale si basano proprio su questa tipologia di DNA, ed in particolare sulle sue regioni variabili. Ogni individuo, seguendo le leggi di Mendel, potrà essere eterozigote od omozigote. Si parla di organismo eterozigote quando possiede due copie alternative di uno stesso gene (alleli): uno donatogli dal padre ed uno dalla madre. Uno dominante, fenotipicamente visibile, e l’altro recessivo. Viceversa, se i due alleli sono identici sarà omozigote.

Per l’identificazione però, non occorre indagare su tutto il genoma del soggetto, ma basta analizzare un numero ristretto di “zone”, i cosiddetti marcatori polimorfici. In particolare, si considerano alcuni loci genetici. Si definisce locus genetico una data posizione di un gene su un certo cromosoma.

Un polimorfismo è quando, su un determinato locus genetico, trovo almeno due alleli e la frequenza di quello più raro nella popolazione è uguale o superiore al 1%.

I polimorfismi analizzati fanno parte del DNA non codificante. Il DNA infatti, non è costituito esclusivamente da geni che codificano per una proteina, ma anche da regioni denominate Junk DNA (o DNA spazzatura). Esse sono sequenze nucleotidiche di lunghezza variabile ed altamente ripetitive (ad esempio ATATATATATA). Tali regioni però non codificano per nessuna proteina, ma, presumibilmente fungono da protezione e/o da “barre spaziatrici” tra i geni. Queste sequenze sono peculiari di un individuo e, su larga scala, anche di una popolazione.

Esistono molte tipologie di polimorfismi, principalmente distinti sulla base della loro lunghezza. Tra essi possiamo citare una forma molto semplice di DNA ripetitivo: gli STR (Short Tandem Repeat). Un STR è una corta sequenza di poche basi (ad es CGC) che si ripete un numero di volte variabile da individuo ad individuo. Sono presenti su tutti i cromosomi, più o meno ogni 10.000 basi.

Il punto di partenza per ogni analisi genetica riguarderà pertanto l’osservazione di uno o più caratteri e la relativa variabilità nei diversi individui.
Ad esempio, si considera un dato locus genetico di un individuo. Su esso possiamo trovare un allele che presenta 7 ripetizioni STR, ipotizziamo ereditato dalla madre. Spostandoci poi nell’altro cromosoma, sullo stesso punto, troviamo invece 8 ripetizioni STR, donate dal padre.

Ovviamente più caratteri di confronto si prenderanno, più aumenterà la probabilità di assegnare l’identità corretta a quel dato individuo. Attualmente, la banca dati criminalistica americana sui profili di DNA, il CODIS (Combined DNA Index System), stabilisce l’utilizzo di un set di 13 STR. Tale set rispecchia il profilo completo di un soggetto.

Diviene tutto molto più complicato quando trattiamo il DNA nucleare nei reperti antichi. Questo, non solo è sottoposto a forti fenomeni diagenetici quali la frammentazione della molecola, ma vi è anche una certa difficoltà nell’autenticare le sequenze estratte. Il DNA nucleare però rappresenta una vera e propria carta di identità. Il suo recupero nel caso dei reperti antichi, donandoci informazioni dettagliate, può aiutarci a rispondere a domande ancora aperte.

Il DNA mitocondriale

Il genoma mitocondriale è invece contenuto nei mitocondri, piccoli organelli cellulari fondamentali per il rifornimento energetico della cellula (Fig.2).

Fig.2 Il DNA mitocondriale

Utilizzato per i test di parentela e le ricostruzioni di alberi genealogici, diviene di straordinaria importanza in ambito evoluzionistico, in quanto indicatore stabile dell’evoluzione umana.

Il DNA mitocondriale umano è costituito da una doppia elica circolare di 16.569 bp (paia di basi). Esso però codifica “solo” per 37 geni, principalmente riguardanti il metabolismo energetico della cellula. Le altre proteine necessarie alle funzioni mitocondriali vengono sintetizzate nel nucleo e trasportate poi nel mitocondrio.

I due filamenti che lo costituiscono hanno differente peso molecolare e sono denominati convenzionalmente con H (Heavy, pesante) in quanto ricco di residui guaninici, ed L (Light, leggero) poichè abbondante in citosina.

È inoltre dotato di una regione non codificante denominata D-loop o regione di controllo. Questa, è divisa in altre piccole sotto-regioni: HVRI, HVRII (entrambe di circa 400 bp) e la meno conosciuta HVRIII. Tali subregioni sono dette ipervariabili. Contenenti infatti ben il 92% dei siti polimorfici, accumulano mutazioni con un tasso costante nel tempo (circa 1-2% di mutazioni per milioni di anni). Ciò permette di poter individuare una linea familiare, stimandone il tempo e la discendenza. Quest’ultima informazione è legata anche ad un’altra caratteristica del DNA mitocondriale. A differenza di quello nucleare infatti, esso è ereditato solo ed esclusivamente per via materna, poiché presente nei mitocondri cellulari degli oociti. Gli spermatozoi hanno mitocondri per lo più localizzati a livello della coda e con l’unica funzione di fornire energia per il movimento. Durante la fecondazione la coda dello spermatozoo rimarrà all’esterno, non portando dunque contributo paterno al genoma mitocondriale.

La linea di discendenza mitocondriale è quindi dovuta ad una sola antenata che ha trasmesso il suo DNA mitocondriale praticamente inalterato nel tempo. Ogni discendente avrà dunque lo stesso genoma mitocondriale. In altre parole, tutti i figli di una donna hanno il suo stesso DNA mitocondriale. Questo, sarà pari anche al genoma mitocondriale della nonna materna, della zia (sorella della madre) e dello zio (fratello della madre). Grazie a questa caratteristica, in assenza della madre, i test di parentela possono essere estesi a tutti i parenti materni.

Il DNA mitocondriale tuttavia, rappresenta solo lo 0.0006% del genoma totale di un individuo. Questo però non si rivela un limite. Al contrario di quello nucleare, è difatti presente in ogni mitocondrio e dunque in un numero elevato di copie per cellula. Basti pensare che ogni cellula contiene più di 50 mitocondri. Con un rapido calcolo, in ciascuna cellula, ci saranno dalle 10.000 alle 100.000 molecole di DNA mitocondriale (mentre solo una per quello nucleare). Inoltre, proprio perché risiede nei mitocondri, permette di ampliare il campo di analisi. Molte cellule infatti sono anucleate ossia prive di nucleo. Tra queste vi sono batteri, alghe azzurre e cellule altamente specializzate come globuli rossi e capelli. Tali cellule, sfruttandone i mitocondri, potranno essere utilizzate per le analisi genetiche.

Tutte queste proprietà del DNA mitocondriale sono importantissime anche (e soprattutto) per le applicazioni sul DNA antico. Trovandosi sui molteplici mitocondri, la probabilità di trovare frammenti di DNA da resti degradati o risalenti anche a migliaia di anni fa aumenta notevolmente. Infatti, se la lettura del DNA antico nucleare non è possibile, in quanto scarso e degradato, possiamo sfruttare le caratteristiche del genoma mitocondriale. Chiaramente, visti i geni prettamente funzionali che possiede, esso non ci darà informazioni dettagliate, ad esempio sui caratteri fenotipici dell’individuo. Tale genoma potrà però far luce sulle relazioni di parentela, sui flussi migratori e, su larga scala, anche sull’evoluzione umana.

Vale la pena citare anche il corrispettivo maschile del DNA mitocondriale: il cromosoma Y. In modo del tutto analogo al DNA mitocondriale, può essere un altro valido strumento per lo studio dell’evoluzione umana e delle relazioni parentali. L’unica differenza è che, ovviamente, in questo caso tale materiale genetico sarà ereditato esclusivamente per via paterna, di padre in figlio.

“Dead Man Talking” : I reperti non mentono

Va precisato che il test del DNA deve essere contestualizzato da indagini di altra natura. Ad esempio, se parliamo di reperti antichi, si dovrà analizzare anche il contesto archeologico. Può capitare infatti che la veridicità del test possa venire fortemente compromessa.
Si deve necessariamente eseguire la repertazione e la catalogazione dei campioni seguendo meticolosamente le norme anti-contaminazione. Se il campione viene contaminato o repertato in maniera inadeguata, si rischia di definire profili genetici incompleti od errati.
In alcuni casi tuttavia, è comunque molto complicato. Come abbiamo precedentemente accennato, infatti, e’ del tutto impossibile distinguere il profilo genetico di gemelli omozigoti (identici).

Un esempio di repertazione inadeguata, lo possiamo riscontrare in uno dei casi di cronaca più famosi: l’omicidio di Meredith Kercher. Tralasciando l’ambito penale, si riscontrarono, tra le altre, tracce di DNA su un coltello da cucina ed un gancetto del reggiseno di Meredith. Tali materiali genetici appartenevano ad Amanda Knox, coinquilina della vittima, ed al suo fidanzato dell’epoca, Raffaele Sollecito. Tuttavia i test del DNA vennero giudicati inattendibili dai periti del Processo di Appello. Furono difatti considerati quantitativamente troppo scarsi e quasi sicuramente contaminati a livello ambientale. L’analisi del DNA da potente strumento di identificazione si è rivelò debole e di scarso peso.

Stesso discorso vale anche per il DNA antico, quando ad esempio ci troviamo di fronte a necropoli con sepolture multiple.

Per evitare la contaminazione e la perdita di informazioni di questa preziosa molecola si deve necessariamente predisporre di un equipaggiamento specifico per la repertazione dei campioni ed attenersi a criteri di sterilità adeguati .

Lavorando al meglio verso una corretta definizione del profilo genetico di un individuo, “oltre ogni ragionevole dubbio”, si rivela l’enorme potenziale della nostra impronta genetica. Ossa, denti e altri materiali biologici raccontano la nostra storia, devono solo essere ascoltati.

Bibliografia

Caramelli D., Lari M., 2004 “Il DNA antico. Metodi di analisi e applicazioni” Angelo Pontecorboli editore, Firenze.

Tagliabracci A ., “Introduzione alla genetica forense”, Springer, 2009

Cos’è il cortisolo, l’ormone dello stress?

Il cortisolo è un ormone steroideo liposolubile che viene rilasciato in condizioni di stress psichico o fisico. In condizioni fisiologiche, viene prodotto principalmente durante la seconda metà della notte e raggiunge la massima concentrazione tra le 7 e 8 del mattino, per le attività quotidiane. Nell’arco della giornata diminuisce drasticamente, alla sera è ancora presente solo il 10% del valore mattutino.

Il cortisolo appartiene alla classe dei glucocorticoidi, essi sono prodotti nella zona fascicolata del surrene sotto stimolazione dell’ormone adrenocorticotropo (ACTH) adenoipofisario, la cui sintesi è a sua volta stimolata dall’ormone di rilascio della corticotropina (CRH) prodotto a livello dell’ipotalamo. Questa catena di eventi che portano alla produzione di cortisolo e la sua regolazione sono passaggi importantissimi e si trovano in un equilibrio delicatissimo da cui dipendono molte reazioni del nostro corpo, basti pensare che la circolazione di cortisolo determina la conversione degli acidi grassi in energia disponibile, prepara i muscoli di tutto il corpo alla reazione, permettendo quel picco di energia necessario per la cosiddetta reazione di “attacco-fuga”.

Il corpo umano risponde continuamente a fattori di stress interni ed esterni, li elabora e sollecita una risposta a seconda del grado di minaccia. In momenti di stress, il Sistema Nervoso Simpatico (SNS) viene attivato e provoca una cascata di risposte ormonali e fisiologiche. L’amigdala è responsabile dell’elaborazione della paura, dell’eccitazione e degli stimoli emotivi per determinare la risposta appropriata. Se necessario, l’amigdala invia un segnale di stress all’ipotalamo. L’ipotalamo attiva il SNS e le ghiandole surrenali rilasciano un’ondata di catecolamine. Mentre il corpo continua a percepire gli stimoli come una minaccia, l’ipotalamo attiva l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene. Il cortisolo viene rilasciato dalla corteccia surrenale e consente al corpo di continuare a stare in allerta. Quando la minaccia passa, il sistema nervoso parasimpatico riduce la risposta del SNS.

La presenza di glucocorticoidi, come il cortisolo, aumenta la disponibilità di glucosio nel sangue ed è anche un forte inibitore d‘infiammazione. Nel fegato, alti livelli di cortisolo aumentano la gluconeogenesi e riducono la sintesi del glicogeno. Le cellule muscolari, in presenza di cortisolo, diminuiscono l’assorbimento e il consumo di glucosio e aumentano il catabolismo delle proteine. Nei tessuti adiposi, il cortisolo aumenta la lipolisi e gli acidi grassi liberi possono essere utilizzati come fonte di energia per altre cellule mentre continuano a produrre glucosio. Infine, il cortisolo agisce sul pancreas per ridurre l’insulina e aumentare il glucagone.

Assume quindi un notevole posto nell’attuale ricerca medica l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene e un suo errato funzionamento è implicato in molte malattie: una netta sovraproduzione di cortisolo causa la sindrome di Cushing, mentre la sua sottoproduzione è causa dello sviluppo della malattia di Addison.

Anche un’alterazione minima del ritmo circadiano del cortisolo è alla base di tantissime altre nuove patologie, soprattutto cronico-infiammatorie. Molte delle quali causate della maggiore concentrazione di fattori di stress a cui siamo sempre più esposti ogni singolo giorno.

Nel prossimo articolo approfondirò la correlazione tra cortisolo e sistema immunitario.

BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA:

  1. Thau L, Sharma S. Physiology, Cortisol. [Updated 2019 Feb 15]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2019 Jan-.
  2. http://betazell.com/it/cortisolo/

WINTER IS COMING

Circa 2,5 milioni di anni fa, nell’epoca definita Pleistocene, la Terra subì una serie di fluttuazioni climatiche estreme. Il nostro pianeta, sottoposto ad almeno cinque lunghe ere glaciali, era ricoperto per circa il 30% da enormi lastre di ghiaccio. La conformazione geografica della Terra era dunque abbastanza diversa da quella attuale. Difatti, i ghiacciai, formandosi, sottraevano acqua agli oceani e dunque lasciavano scoperte ampie aree continentali. Anche i deserti erano più ampi ed aridi. Questo poiché, a causa della diminuita evaporazione delle acque, le precipitazioni scarseggiavano. Le terre emerse erano quindi in gran parte ricoperte da questa immensa coltre di ghiaccio che si estendeva in Antartide, nelle Americhe, in piccole aree dell’Asia, dell’Africa ed in gran parte del Nord Europa.

Durante le fasi interglaciali, ovvero tra una glaciazione e l’altra, il clima però si faceva più mite. L’aumento delle temperature portava allo scioglimento dei ghiacciai e, di conseguenza, all’innalzamento del livello del mare che tornava a sommergere le terre dapprima emerse.

Flora e fauna si evolvevano di conseguenza.

Nei periodi interglaciali del Pleistocene, grazie al clima temperato, in Europa si aveva una enorme varietà di specie botaniche. Le piante prevalenti erano tipicamente forestali, come faggi e querce, che davano origine ad ampie aree boschive di latifoglie. Sul terreno crescevano rigogliose anche molte specie subtropicali, erbe di prateria, orchidee e rose. Le successive ondate glaciali portarono però ad un notevole impoverimento delle specie arboree, rivoluzionando completamente l’ambiente. Si formarono difatti sia habitat privi di alberi, come la steppa e la tundra, sia con piante particolarmente resistenti al freddo ad esempio le foreste di conifere.

In questo eclettico contesto ambientale convivevano i primi ominidi e la ricca megafauna del Pleistocene, ossia i grandi mammiferi. Come già anticipato, anche la fauna seguiva il flusso dei cambiamenti climatici. Nel mite ecosistema che si creava tra una glaciazione e l’altra, la fauna europea era prevalentemente “calda” o afro-asiatica: elefanti, ippopotami, tigri dai denti a sciabola, iene e leoni. Per contro, durante le glaciazioni, erano le “faune fredde” a popolare il continente europeo quali mammuth, rinoceronti lanosi, lupi, orsi, ungulati. Chiaramente dobbiamo pensare a tutti questi esemplari come dei lontani parenti XXL delle specie attuali.

Intorno alla fine del Pleistocene, dopo l’ultima era glaciale, molti di questi animali però si estinsero. Le specie sopravvissute al cambiamento climatico e, soprattutto, all’azione umana, dettero origine alle forme odierne, riducendosi per dimensioni e modificando alcuni loro tratti morfologici.

Oggi i ghiacciai rappresentano poco più del 10% della Terra e, purtroppo, sono in continua diminuzione. Questa piccola percentuale è rappresentata prevalentemente dal permafrost, ossia uno spesso strato di ghiaccio perenne, conseguente all’ultima glaciazione. Nel Nord della Siberia il permafrost arriva addirittura ad una profondità di 1500 metri.

Proprio sotto tali strati di ghiaccio si nascondono i resti degli antichi abitanti del nostro pianeta. Nel profondo permafrost sono state rinvenute specie di ominidi che hanno permesso di far luce sulla nostra complessa storia evolutiva. Allo stesso modo, ad oggi si contano più di 5 milioni di resti animali trovati, tra cui mammuth, bisonti, bradipi, cammelli, rinoceronti.

A tal proposito, una delle più recenti scoperte risale alla scorsa estate. Ci troviamo nella Siberia orientale, ed in particolare lungo la riva del fiume Tirekhtyakh, in Yacuzia. Ben custodita dal permafrost, qui dove le temperature raggiungono anche i -70°C, è stata trovata la testa mozzata di un lupo arcaico o metalupo. I metalupi, realmente vissuti nella Siberia preistorica e non solo nelle terre “al di là della Barriera” del Trono di Spade, si annoverano tra i predatori più feroci del Pleistocene. Circa 90 cm al garrese e lunghi quasi due metri, pesavano mediamente tra i 60–70 kg, anche se quasi certamente esistevano esemplari ben più grandi.

La testa del metalupo trovato in Yacuzia è circa 40 cm di lunghezza. La metà dunque rispetto a quella di un lupo comune. Il cranio, grazie al permafrost, risulta completo ed ancora perfettamente dotato di pelo, zanne, muscoli e cervello.

Dalle prime valutazioni zooarcheologiche si tratterebbe di un esemplare di circa 2-4 anni di età, che, sebbene molto giovane, avrebbe già completato il suo sviluppo.

Tali resti così ben preservati rappresentano una scoperta degna di nota. L’estrazione del DNA dal reperto potrà fornirci molte informazioni su questo esemplare e sulla sua specie.

Ad esempio, confrontando il DNA antico del metalupo con quello dei lupi attuali sarà possibile provare a ricostruirne l’aspetto originale. Ad oggi sappiamo che, sebbene molto simili al moderno lupo grigio, i metalupi lo superavano in grandezza. L’enorme cranio ospitava una mascella con denti più lunghi di almeno mezzo centimetro rispetto ai lupi attuali. Questo, associato ai forti muscoli mascellari, consentiva ai metalupi di sviluppare una forza ben superiore a quella dei canidi ad oggi esistenti.

Si potrà inoltre far luce sulla vita dei predatori dell’epoca. L’esemplare scoperto è datato 40.000 anni fa, pertanto condivideva il suo habitat con l’antico lupo grigio. Indubbiamente la mole del metalupo e la sua indole lo rendevano dominante.
Capace di abbattere prede molto più grandi di lui, si cibava prevalentemente cavalli, mastodonti, bisonti e cammelli. Dotato di grande resistenza, inseguiva questi animali per lunghe distanze, prendendoli poi per sfinimento.

Il comportamento predatorio lo rendeva però quasi più affine ai moderni ienidi. Gli schemi di usura dei denti, dimostrano infatti anche la presenza di una dieta opportunistica. Questo vuol dire che probabilmente, a volte, si cibavano anche delle carcasse lasciate dai grandi felini solitari. Inoltre, la potenza del morso consentiva loro di rompere le ossa delle prede cibandosi del midollo, proprio come fanno le iene.

Il DNA antico permetterà poi di capire se in quel contesto era presente anche l’Uomo. Si esclude tuttavia che l’esemplare sia stato cacciato. Sebbene manchi totalmente lo scheletro postcraniale, con tutta probabilità, la testa mozzata è solo opera del ghiaccio. Quel che è certo è che circa 10.000 anni fa il metalupo si estinse. Ad oggi, le possibili cause ipotizzate sono dovute alla diminuzione della megafauna del Pleistocene di cui esso si nutriva, al clima che stava volgendo a temperature sempre più miti ed alla concorrenza umana nei territori di caccia.

Spetterà dunque alle analisi paleogenomiche rispondere alle domande sul Canis Dirus, nonchè animale-guida di Casa Stark di Grande Inverno.

Bibliografia

https://siberiantimes.com/science/casestudy/news/still-snarling-after-40000-years-a-giant-pleistocene-wolf-discovered-in-yakutia/

Il magico suono delle piante

Qualsiasi essere vivente, dalle piante agli animali, all’uomo, se tenuto in cattività, maltrattato e malnutrito o nutrito male, si “trasforma” e modifica la sua epigenetica, accendendo dei geni e spegnendone degli altri. Gli elefanti, ad esempio, non sono fatti per essere cavalcati, purtroppo il guadagno fa dimenticare il bene. Di esempi ne potrei fare per qualsiasi essere vivente, dalle piante a piccoli organismi modello e non solo. La Natura è magica come il nostro nanomondo biochimico.

E te, lo sapevi che le piante hanno anch’esse un’anima, un “cervello”, “un’intelligenza diversa” quasi al pari di noi e di qualsiasi essere vivente “pensante e non pensante”? Ebbene sì! Questo per far capire anche a chi ha un “orientamento alimentare” diverso da quello che realmente necessitiamo per perseverare un buon stato di salute, ovvero quello onnivoro, che se lo fanno per “etica”, dovrebbero farlo anche per le piante, “anima fragile”.

Lo sapevi che anch’esse cantano, comunicano, muoiono se allontanate dai preziosi vicini – compagni di una vita – e soffrono se maltrattate. Inoltre vanno in ecstasy e ti donano preziosi fiori e frutti che nutrono le nostre cellule, la nostra vista dando colore ed armonia nel quotidiano, se trattate con amore e semplici ingredienti. Quelli che, in connubio con i suoi preziosi doni, nutrono la nostra mente ed il nostro corpo.

Nel video che vi propongo, durante un corso presso l’ ortobotanico di Napoli, questo illustre docente ci ha portato all’esterno della facoltà, lì dove di piante è colmo. Connettendo degli elettrodi ad un trasformatore, una sorta di “trasduttore” del segnale una sorta di “elettrocardiogramma” delle piante, ecco che si produce un suono armonico. Il magico suono delle piante! La cosa “sconvolgente” ed emozionante, fu quando, in particolare, le piante, avvertendo un pericolo, noi intorno, onde dei cellulari in procinto di fotografare e riprendere quel concerto armonico, si sono fermate. Allora ciò che il docente ci aveva appena illustrato nel corso, è stato confermato.

Altri illuminanti docenti della Scuola di Nutrizione Salernitana (SNS), ci hanno fatto capire l’importanza di nutrirci di queste preziose creature, ad esempio un centrifugato di verdure può essere considerato un concentrato, una spremuta di cellule staminali. Inoltre, esse sono in grado, anche se esposti a fattori di rischio, “l’epigenetica esterna”, inquinanti etc., loro riescono a schermare il danno e riescono ad adattarsi. Tali meccanismi sono ancora in parte sconosciuti ma questo dovrebbe farci capire, come ci hanno insegnato ai vari corsi, che ognuno di noi dovrebbe mangiare i frutti della sua terra, in quanto l’epigenetica esterna è la stessa, dunque, in modo guidato e personalizzato possiamo chelare i metalli pesanti e / o inquinanti, assorbendo solo il nettare di queste creature intelligenti.

Riflettiamo anche che se noi ci perdessimo nella giungla sarebbe “veramente” difficile uscirne vivi se non guidati…dunque, ok “gli orientamenti alimentari alternativi” per gusto, per salute e / o per protocolli nutrizionali personalizzati specifici, per altro, non parliamo, però, di etica, in particolare, adesso che prendiamo coscienza che (“quasi”) tutto quello che ci circonda ha un’anima, anche e soprattutto la natura!

Inoltre, se poi accompagnassimo sempre la nostra vita con musica, quella che più ci ispira in quel momento, la nostra vita ed il mondo che ci circonda diventa un’opera d’arte! La classica, in particolare, ha un effetto positivo sulla crescita, sul gusto e probabilmente sulle proprietà nutritive dei loro magici frutti e dunque sulla nostra vista, mente, corpo e spirito. Nello scrivere questo articolo, invece, sono stata “ispirata” dalle poesie musicali dell’artista Vasco Rossi.

Vediamo, come sempre, che  siamo sempre e solo noi i direttori d’orchestra della nostra vita ed in simbiosi con la natura ed il cosmo, in tutte le sue forme. Probabilmente le piante comunicano tramite il fenomeno dell’ entanglement?

Alla luce di queste evidenze, ricordiamo dunque di amarla ed accudirla come un dono prezioso ed essenziale per poter vivere in armonia ed in salute cantando, suonando e danzando con essa, con il mondo e l’universo.

Riferimenti bibliografici:

  1. L.Mattera. Scienzintasca 2017. http://www.scienzintasca.it/?s=epigenetica
  2.  L. Mattera. Scienzintasca 2018. http://www.scienzintasca.it/hydra-vulgaris-un-meraviglioso-organismo-modello-e-non-solo/
  3. L. Mattera. Scienzintasca 2018. http://www.scienzintasca.it/ballerina-si-il-direttore-dorchestra-della-tua-vita-essere-magri-non-vuol-dire-non-mangiare-no-al-tunnel-nero/
  4. Fernando Piterà Di Clima. Marzo 2018. Gemmoterapia. Fondamenti scientifici della moderna meristemoterapia
  5. L.Mattera. 2019.http://www.scienzintasca.it/tag/entanglement/

 

 

IL DNA ANTICO

In ogni cellula ed in alcune tipologie di virus, il patrimonio genetico è rappresentato dal DNA o acido desossiribonucleico.

Possiamo immaginare tale molecola come una lunga e complessa scala a pioli, i cui binari sono costituiti da piccole unità dette nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da una base azotata, uno zucchero (desossiribosio) ed un gruppo fosfato. Le basi azotate che entrano in gioco, suddivisibili tra purine e pirimidine, sono 4: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T).

I nucleotidi dunque, legandosi l’un l’altro attraverso il gruppo fosfato, formeranno i montanti della scala a pioli. I pioli sono invece costituiti dai legami ad idrogeno tra le basi azotate secondo un ordine di complementarietà ben definito: A si lega con T, C con G. La lunga successione nucleotidica si avvolgerà poi su se stessa dando origine alla caratteristica doppia elica, come illustrato in Fig.1.

Le estremità di un filamento di DNA sono denominate 3′ e 5′. Nella formazione dei montanti, i due filamenti si dispongono secondo un preciso senso di orientamento: sono antiparalleli. In altre parole, il senso di uno è opposto a quello dell’altro. Per tale ragione vengono denominati 3’5′ e 5’3′.

Ad ogni modo, in questo complesso alfabeto a 4 lettere si custodiscono tutte le informazioni genetiche necessarie a costruire e far funzionare un organismo. Si definisce così un gene come la porzione di DNA che detta la ricetta per la formazione delle proteine, reali effettrici delle funzioni biologiche e dei caratteri fenotipici degli individui.

Tutto questo ci viene trasmesso nel tempo dai nostri antenati.

Possiamo estrarre il DNA da molteplici reperti archeologici quali denti, ossa, capelli, tessuti mummificati, vegetali e coproliti. Tale materiale genetico prende il nome di DNA antico o, meglio, degradato.

Attraverso le analisi genetiche di campioni antichi è dunque possibile ricostruire la storia degli organismi esaminati e rispondere a domande ancora aperte.

Sfortunatamente però non è così semplice.

Con la morte dell’organismo infatti, tutte le molecole organiche, DNA compreso, subiscono un processo di degradazione che va sotto il nome di diagenesi.

Il primo processo diagenetico che si innesca è lo switch degli enzimi vitali in enzimi litici, una sorta di autodistruzione dell’organismo.

Inoltre anche il pH, la temperatura ed il mezzo di conservazione del reperto giocano un ruolo estremamente importante. E’ stato dimostrato che ambienti acidi, basici, umidi, ricchi di microrganismi e particolarmente caldi tendono a promuovere la frammentazione del DNA. La lunga scala a pioli diviene dunque instabile e si disgrega in frammenti sempre più piccoli finché non è più possibile capirne l’ordine e le informazioni che contiene. Per lo stesso motivo dunque, più un reperto è antico, più sarà sottoposto a diagenesi e più il suo DNA sarà frammentato ed esiguo.

A volte però, può succedere che l’ambiente giochi a nostro favore. Temperature particolarmente basse, pH neutro, luoghi anossici e/o in assenza di acqua tendono infatti a dare una buona protezione alla degradazione nel tempo. Inoltre, gli sviluppi recenti della biologia molecolare consentono di analizzare al meglio questo messaggio proveniente dal passato e quindi di recuperare genomi sempre più completi ed autentici.

Il DNA antico ha così permesso non solo di far chiarezza sulla nostra evoluzione, ma anche, spesso, di riscriverla. E’ il caso di Homo Neanderthalensis. Fino a pochi anni fa questo antico ominide era considerato il nostro lontano progenitore, ma ad oggi possiamo dire che siamo di fatto due specie distinte e coesistenti del tardo Pleistocene. In altre parole, i Neanderthal non sono altro che i nostri lontani cugini. Isolando ed analizzando alcuni geni neanderthaliani è stato anche possibile dare loro un volto ed una cultura. Sappiamo infatti che avevano la pelle chiara, i capelli rossi e, con tutta probabilità, un ancestrale linguaggio articolato condiviso con i primi Sapiens.

Tutto ciò che siamo è scritto dunque nel nostro DNA, tramandato di millennio in millennio, di migrazione in migrazione, dai nostri avi. La nostra storia è quindi “solamente” in attesa di essere letta.

Bibliografia

– Caramelli D., Lari M., 2004 “Il DNA antico. Metodi di analisi e applicazioni” Angelo Pontecorboli editore, Firenze.

Cooper A., Rambaut A., Macaulay V., Willerslev E., Hansen A.J., Stringer C., 2001 : “Human Origins and Ancient Human DNA”. Science, 292.

Fu Q., Mittnik A., Johnson P. L., Bos K., Lari M., Bollongino R., Sun C., Giemsch L., Schmitz R., Burger J., Ronchitelli A. M., Martini F., Cremonesi R. G., Svoboda J., Bauer P., Caramelli D., Castellano S., Reich D., Paabo S., Krause J. :“A revised timescale for human evolution based on ancient mitochondrial genomes”. Curr Biol. 2013 Apr 8;23(7):553-9.