BATTERI MINATORI? E' LA BIOIDROMETALLURGIA

La bioidrometallurgia è una branca delle biotecnologie che comporta l'uso di microbi in un ambiente acquoso per recuperare o trattare i metalli.

I minerali scisti neri sono pregiati metalli preziosi tra cui rame, nichel, argento, oro e platino. Alcuni ricercatori hanno utilizzato le biotecnologie per estrarre i metalli con successo da questi siti difficili con il minimo impatto ambientale. I microbi sono introdotti nello scisto, accelerando le trasformazioni chimiche che portano a dissoluzione dei metalli e al successivo recupero selettivo. Il resto del materiale è trasformato in rifiuti inerti.

Anche se l'applicazione commerciale della biometallurgia per l'estrazione del rame ebbe inizio nel 1950 e venne estesa all'oro nel 1980, il vero potenziale delle biotecnologie nel campo della metallurgia è rimasto inutilizzato. Gli scienziati europei hanno pertanto avviato il progetto Bioshale ("Search for a sustainable way of exploiting black shale ores using biotechnologies"), l'obiettivo era di definire i processi biotecnologici innovativi per il recupero efficace ed ecocompatibile di numerosi metalli preziosi dai depositi di scisti neri.

Oggi il 25% circa della produzione mondiale del metallo e' affidata alla bioestrazione (uso di alcuni microrganismi per estrarre sostanze minerali e preziose).

MICROBI IN MINIERA PER ESTRARRE L'ORO. SONO PIÙ ECONOMICI E RENDONO DI PIÙ

Ora e' il momento dell'oro. Anche in questo caso sono i risvolti ambientali a fare di tale metodo naturale una logica alternativa ai processi chimici impiegati finora, spesso caratterizzati dalla necessita' di ricorrere a temperature estreme e a pericolosi reagenti. Ma la bioestrazione sta catturando il cuore dell' industria mineraria soprattutto per un altro motivo. Con i giacimenti del globo che si impoveriscono sempre più, infatti, le tecniche tradizionali ormai non sono più tanto vantaggiose sotto il profilo economico mentre l' impiego di miliardi di microscopici organismi si sta affermando come un modo particolarmente efficiente. Il discorso e' tanto più' rilevante per l'oro, in quanto i minerali a bassa gradazione di cui sempre più spesso si avvale oggi l'industria aurifera richiedono costosi trattamenti preliminari di ossidazione ad alta pressione prima di essere trattati con cianuro di potassio per estrarne il nobile metallo giallo. Ma grazie all'impiego di microrganismi come il Thiobacillus Ferrooxidans . usato finora solo nell'estrazione del rame, questi procedimenti possono essere eliminati. I microscopici minatori biologici, infatti, non solo sono in grado di svolgere le stesse operazioni in maniera "pulita" e con notevole risparmio ma riescono addirittura ad aumentare fino all'80 -90 per cento le percentuali di recupero delle particelle aurifere contenute nelle rocce. Cosi', dopo alcuni anni di ricerche sperimentali adesso anche la bioestrazione dell'oro sta diventando una vera operazione commerciale, con impianti in fase di costruzione in Sudafrica, Ghana, Brasile e Stati Uniti.

Ottimi risultati si stanno ottenendo anche nella bioestrazione dei fosfati che, pur non avendo il valore grezzo dei metalli, hanno un posto di tutto rilievo sul mercato: basti pensare che come fertilizzanti sono al secondo posto tra le sostanze più usate in agricoltura (dopo l'azoto) e in forma più' raffinata vengono impiegati dall'industria dei detergenti e delle gomme e come additivi nelle bevande gassate.

Fino ad ora, i fosfati venivano estratti dai giacimenti tramite riscaldamento ad altissima temperatura o trattamento con acido solforico. Ma di recente alcuni ricercatori della California State University di Los Angeles hanno scoperto che due batteri: la Pseudomonas Cepacia e l'Erwinia Herbicola, possono svolgere un identico processo di estrazione in condizioni meno estreme. Questi microrganismi, durante i loro processi metabolici, hanno infatti l'inusuale capacita' di convertire il glucosio e altri zuccheri in acido gluconico che, a sua volta, può essere impiegato al posto dell' acido solforico per estrarre i fosfati a temperatura ambiente senza danno all'ecosistema.

BATTERI MINATORI ALLO STUDIO IN SVEZIA

Batteri che estraggono metalli dalle rocce, suona forse fantascientifico ma esistono veramente. La Boliden, una compagnia di estrazione mineraria svedese con sede a Skelleftea, guiderà' un centro di ricerca internazionale per lo studio delle tecniche estrattive a basso impatto ambientale.

L'estrazione dei metalli dai minerali mediante l'utilizzo di calore ha un forte impatto sull'effetto serra, sottolinea il Notiziario Scientifico settimanale dell'Ambasciata italiana a Stoccolma e Oslo nel riportare la notizia, e grazie alla Bioidrometallurgia, questo il termine coniato, il metallo viene trasformato in una forma tale da poter essere estratto per percolazione (il passaggio lento di un liquido dall'alto in basso attraverso una massa solida) dalla pietra grezza. Un processo, questo, noto da secoli che avviene normalmente e continuamente in natura, nonostante non ne fosse conosciuto il meccanismo. Solo nel 1986 sono iniziati processi di estrazione di oro dalle miniere del Sudafrica con questo metodo. I batteri usati vengono prelevati da cataste di carbone in Inghilterra, ma gli stessi batteri sono stati localizzati anche nelle sorgenti calde in Islanda. La bioestrazione e' un processo sia chimico che batteriologico, e, poiché in un processo chimico la velocità delle reazioni e' proporzionale alla temperatura, devono essere utilizzati quei batteri in grado di sopportare temperature elevate.

METALLURGIA DEL RAME

La idrometallurgia è una tecnica poco usata, trova impiego principalmente per l'estrazione del rame dalle acque di miniera. Il rame deve essere sotto forma di ossido, se è sotto forma di solfuro è necessario fare prima un arrostimento all'aria. Il metodo consiste nel disciogliere in acido solforico o solfato ferrico l'ossido di rame. Quest'ultimo è solubile mentre ferro e ganga non lo sono. Si recupera il metallo con elettrodeposizione-precipitazione. Nella produzione con batteri il minerale viene fratturato e messo in vasche nelle quali viene pompata acqua arricchita di batteri, i Thiobacillus ferroxidans e i Thiobacillus thiooxidans. Questi microrganismi ossidano il solfuro di rame (insolubile in acqua) trasformandolo in solfato (solubile), ottenendo energia per le loro funzioni vitali. Questo sistema permette un notevole risparmio di energia rispetto all'estrazione tradizionale (fino al 30%) e non libera in atmosfera gas nocivi.

DALL'INTESTINO ALLE BIOTECNOLOGIE

ENTEROBATTERI 

Gli Enterobatteri, includono un numero ampio di batteri, il cui habitat naturale è costituito dall'intestino dell'uomo e di altri animali. Questi batteri sono accomunati da caratteristiche antigeniche e biochimiche tipiche dell'intero gruppo. Resta difficile classificare gli stessi, in base a queste caratteristiche, in gruppi nettamente distinti, in quanto molti batteri presentano caratteri intermedi, ma dal punto di vista pratico questo è comunque necessario nella diagnostica medica.

Tutti gli Enterobatteri sono bastoncelli Gram-negativi, asporigeni. Possono essere mobili o immobili, quasi tutti provvisti di pili. Sono aerobi-anaerobi facoltativi e normali terreni di coltura consentono la loro crescita. Se coltivati in presenza di ossigeno, ovvero in aerobiosi, gli enterobatteri sono produttori di citocromi e attraverso il ciclo di Krebs ricavano energia ossidando l'acido piruvico. Alla prova dell'ossidasi risultano negativi, non possedendo il Citocromo c. Per i generi Escherichia, Shigella e Salmonella il cianuro di potassio a piccole concentrazioni ne impedisce la crescita nel terreno di coltura.

In ambiente privo di ossigeno (anaerobiosi) attraverso la fermentazione possono utilizzare il glucosio, producendo acidi e talora anche gas. Questa proprietà e la mancanza di Citocromo-C costituiscono due caratteristiche di rilievo nella differenziazione degli enterobatteri dagli altri batteri Gram-negativi, i quali utilizzano il glucosio solo attraverso un processo ossidativo e sono ossidasi positivi. Il test specifico è il MR-VP.

TEST MR-VP: CONOSCIAMOLO MEGLIO!

Il Metil Red Voges Proskauer Medium (MR-VP) è un terreno differenziale sviluppato da Clark e Lubs utilizzato per differenziare gli enterobatteri. Il MR-VP contiene 3 sostanze fondamentali per la crescita degli organismi batterici quali peptone, glucosio e K2HPO4. I batteri MR positivi (come l’Escherichia coli) hanno la capacità di fermentare il glucosio con produzione di acido lattico, acido succinico, acido acetico e acido formico; Questi prodotti metabolici, hanno la particolarità di restare stabili durante l’incubazione e produrre così un alto tasso di ioni idrogeno. I batteri MR negativi  hanno la capacità di produrre acido lattico, acido acetico e acido formico; questi prodotti metabolici, hanno la particolarità di non restare stabili durante l’incubazione e produrre così un basso tasso di ioni Idrogeno, essi vengono trasformati in carbonati e anidride carbonica. L’acido acetico, a pH 6,3 viene convertito in acetoina o in 2-3 butilenglicol. A volte si ottiene un’inversione alcalina del terreno a causa delle proteine che effettuano un attacco catabolico con produzione di composti ammoniacali. Si possono differenziare i 2 risultati, tramite l’aggiunte dell’indicatore rosso fenolo, che si colora a seconda dell’acidità delle sostanze prodotte (rosso o giallo). Nella prova VP, si differenziano i microrganismi che fermentano il glucosio con produzione di sostanze acidi o con produzione di acetoina. L’acetoina, presente nella colture, è ossidato a diacetile dall’ossigeno atmosferico, in un ambiente reso alcalino dall'aggiunta del primo reagente: KOH (idrossido di potassio). Il diacetile, reagisce con il secondo reagente aggiunto: l’a-naftolo e si produrrà una colorazione rossa per le reazione positive e marrone per le reazioni negative.

GLI ENTEROBATTERI SONO RESISTENTI AGLI ANTIBIOTICI?

Gli enterobatteri sono germi che normalmente fanno parte della flora intestinale ma, in condizioni particolari, possono provocare infezioni anche gravi. Alcuni sono resistenti a quasi tutti gli antibiotici a disposizione, rendendo molto difficile trovare una terapia efficace. Le situazioni più problematiche si hanno quando questi batteri diventano resistenti a un particolare tipo di antibiotici: i carbapenemi. In questo caso si parla di enterobatteri produttori di carbapenemasi. La diffusione di questi batteri resistenti è favorita da un uso non appropriato degli antibiotici.

Gli enterobatteri produttori di carbapenemasi si trasmettono principalmente in due modi: direttamente da un paziente portatore a un’altra persona, attraverso le mani; o attraverso l’ambiente circostante.

Le regole basilari per evitare il contagio sono dunque: l’implementazione corretta dell’igiene delle mani e delle precauzioni da contatto e un’accurata igiene dell’ambiente di cura e delle attrezzature. 

IDENTIFICAZIONE DEGLI ENTEROBATTERI

L'identificazione degli enterobatteri si pone in una prospettiva differente a secondo che il quesito diagnostico riguardi un'affezione a localizzazione intestinale o extra-intestinale. Le localizzazioni intestinali degli enterobatteri si manifestano clinicamente con diarrea o febbri enteriche. In questi casi gli enterobatteri sono rappresentati dagli stipiti enteropatogeni degli E.Coli, dalle Shigelle e dalle Salmonella. Per la ricerca degli stipiti enteropatogeni di E.Coli, è sufficiente inoculare una sospensione di feci in piastre di terreni addizionati di sostanze dotate di azione batteriostatica nei confronti dei batteri G-P ed addizionati di lattosio e di un indicatore di pH; dopo 16-20 ore di incubazione le colonie di batteri lattoso-fermentanti saranno facilmente identificabili per il viraggio dell'indicatore dovuto alla produzione di acidi dalla fermentazione dello zucchero. Mentre nei confronti dei soggetti il cui sospetto clinico orienti per una eziologia da Shigelle o da Salmonella, la ricerca degli enterobatteri nel materiale fecale è facilitata dall'impiego di terreni contenti sostanze che oltre a inibire i G-P inibiscono o ostacolano anche la moltiplicazioni di E.Coli. Una volta stabilito che il batterio in esame è  una Shigella si procede all'identificazione del sottogruppo in base allo studio di altri caratteri biochimici ed eventualmente con lo studio dei caratteri sierologici. Quando invece si abbia a che fare con la Salmonella è necessario anche in questo caso, procedere allo studio dei caratteri sierologici. 

ESCHERICHIA COLI PER LA PRODUZIONE DI PROPANO

Uno dei batteri maggiormente utilizzati in campo biotecnologico è l'Escherichia coli. Gli ultimi studi hanno rivelato come sia possibile modificare il patrimonio genetico di tale microrganismo per indurlo a sintetizzare propano, un idrocarburo ampiamente utilizzato nell'autotrazione in forma di GPL. L'efficienza della tecnica, inizialmente bassa, è stata migliorata fornendo al batterio specifici componenti biochimici in grado di accelerare le reazioni di biosintesi fino all'ottenimento di una resa accettabile anche ai fini di un'applicazione industriale.

SALMONELLE: LA SOLUZIONE AL CANCRO?

Una nuova possibilità per il trattamento del cancro è rappresentata dall'impiego di alcuni batteri tra cui, il più studiato, il Sorovar Typhimurium della Salmonella enterica capace di colonizzare i tumori "mangiandoli". Questi batteri non solo hanno dimostrato di colonizzare tumori solidi, ma mostrano un effetto antitumorale insito nella loro natura. Essi potrebbero essere ulteriormente impiegati da vettori-tumorali di targeting per molecole terapeutiche. Il problema maggiore che si porrebbe nell'utilizzo della Salmonella a scopo terapeutico è la tossicità ad essa legata. Da quanto si evince dall'articolo pubblicato dall'American Society for Microbiology sembra però che il problema sia stato arginato attraverso modifiche nella struttura lipopolisaccaridica del microrganismo, principale responsabile della sepsi, uno dei segni più gravi di infezione. 

FONTI: http://it.wikipedia.org/wiki/Enterobacteriaceae http://assr.regione.emilia-romagna.it/it/servizi/Indice_A...Z/C/carbapenemasi http://www.sunhope.it/ENTEROBATTERI.pdf

http://www.lescienze.it/news/2014/09/04/news/batteri_produzione_rinnovabile_propano-2272252/
http://it.ibtimes.com/curare-il-cancro-col-batterio-della-salmonella-forse-si-puo-1398521
http://mbio.asm.org/content/6/2/e00254-15

BIOTECNOLOGIE PER IL CERVELLO

 IL PRIMO MINICERVELLO UMANO IN PROVETTA

 Un organo complesso come il cervello umano creato in laboratorio. Un mini-cervello del diametro massimo di quattro millimetri, ma funzionante. Anzi, più di uno. Mini cortecce cerebrali, dall'aspetto biancastro, lattiginoso. La forma? Non proprio quella di un cervello. Una massa indefinita, ma funzionante. E’ accaduto nel laboratorio dell’Istituto di biotecnologia molecolare dell’Accademia austriaca delle scienze, in collaborazione con le Università di Edimburgo e di Londra. L’obiettivo è ora usare queste strutture per effettuare esperimenti utili a studiare disordini che colpiscono il cervello. Schizofrenia, autismo in primis. Ma anche la prevenzione di neuro-degenerazioni legate all’età, come l’Alzheimer o il Parkinson. La forma non è proprio perfetta. 

Dalle staminali, coltivate con una combinazione di diversi nutrienti, si è arrivati prima al foglietto di tessuto embrionale (neuroectoderma) da cui normalmente si sviluppa poi il sistema nervoso, nelle sue varie specializzazioni. Il primo passaggio da staminali che tutto possono diventare a staminali già orientate. Frammenti del neuroectoderma sono stati quindi assemblati su una sorta di «scheletro» guida posto in un bioreattore. In quest’apparecchiatura, un sistema chiuso in cui circolano ossigeno e nutrienti, è avvenuta l’ulteriore specializzazione dell’abbozzo di tessuto neuro-embrionale in mini-cervelli. In quattro mesi hanno raggiunto la dimensione massima: 4 millimetri. Piccoli ma costituiti da milioni di neuroni e da tessuto neuronale funzionante, reattivo ai test. 

Il mini cervello è anche un laboratorio nel quale riprodurre malattie neurologiche finora impossibili da studiare in un modello. Adesso, invece, è già stata riprodotta in provetta la prima malattia: la microcefalia. Nella ricerca austriaca sono state utilizzate sia cellule staminali embrionali sia cellule adulte riprogrammate, le cosiddette Staminali pluripotenti indotte (Ips). Una volta isolate e immerse in un ambiente capace di stimolarne lo sviluppo, le cellule sono diventate neuroni e si sono assemblate spontaneamente in una struttura tridimensionale. Tecnicamente non è un vero e proprio organo quello che le staminali hanno prodotto in vitro, ma un organoide. Più simile alla parte superiore, più complessa ed evoluta, del cervello umano: la corteccia. E’ in grado di sopravvivere per mesi in un bioreattore che lo aiuta a nutrirsi. Un abbozzo, perché si è ancora lontani dal riuscire a riprodurre in laboratorio un cervello del tutto simile a quello umano. Nonostante tutto, per la prima volta mini abbozzi tridimensionali di neuroni interagenti sono stati creati. Come modello funzionano. E, sottolineano i ricercatori che li hanno visti «nascere», hanno incredibili somiglianze con il cervello vero.

http://www.corriere.it/salute/neuroscienze/13_agosto_28/cervello-provetta-miniatura-staminali_8635652c-0feb-11e3-b921-7cfcbde2c622.shtml

NUOVE SCOPERTE CONTRO GRAVI MALATTIE NEUROLOGICHE (NBIA) DALL’ISTITUTO NEUROLOGICO CARLO BESTA DI MILANO

L'Istituto Neurologico "Carlo Besta" ha compiuto due importanti scoperte contro gravi malattie neurologiche di origine genetica, chiamate NBIA, che colpiscono i bambini: sono stati identificati due geni sinora sconosciuti che, se alterati, causano la malattia e si è dimostrato che la pantetina, un integratore alimentare già approvato in USA, è efficace contro la progressione di una delle forme di queste malattie.

Le patologie NBIA sono patologie molto gravi caratterizzate da un anormale accumulo di ferro nel cervello. Queste patologie si manifestano nella maggioranza dei casi durante l'infanzia e il sintomo d'esordio più frequente è un disturbo del cammino dovuto spesso alla combinazione di più fattori, quali la rigidità delle estremità, movimenti incontrollati e spasticità. Con l'avanzare della malattia, questi sintomi compromettono la deambulazione autonoma e la maggior parte dei pazienti con esordio precoce sono costretti sulla sedia a rotelle a metà dell'adolescenza. 

Con questo studio, l'Istituto Neurologico Besta ha potuto dimostrare per la prima volta la possibilità di un approccio terapeutico sperimentale per la più diffusa forma di NBIA, che è causata da un'alterazione del gene PANK2 coinvolto nella produzione del coenzima A, un fattore cruciale per il metabolismo cellulare in generale e per quello dei grassi in particolare.

I ricercatori hanno dimostrato che somministrando in esperimenti di laboratorio la pantetina, una sostanza coinvolta nella sintesi del coenzima A, si osservava nei modelli murini una reversione dei segni clinici, un recupero della normale attività motoria e una sostanziale riduzione della neurodegenerazione. Sino a oggi sono stati identificati nove geni responsabili delle malattie NBIA ma nel 30% dei casi l'alterazione che le causa rimane sconosciuta, impedendo così di avere una diagnosi. Per questa ragione l'Istituto Neurologico Besta ha avviato, in collaborazione con l'Istituto di Genetica Umana di Monaco di Baviera, un progetto basato sul sequenziamento della parte codificante del DNA di pazienti con NBIA ancora senza una diagnosi genetica. I ricercatori hanno così identificato un nuovo gene, denominato COASY, che è responsabile della produzione di coenzima A che nei pazienti con NBIA risulta alterata.

Si tratta di un passo in avanti importante perché si rafforza la convinzione dell'importanza del ruolo del coenzima A nell'insorgere di queste patologie. I ricercatori ora intendono indagare come un'alterata sintesi del coenzima A possa determinare sindromi neurodegenerative accompagnate da accumulo di ferro in regioni specifiche del cervello. 

http://www.molecularlab.it/news/view.asp?n=8060

NANOBIOTECNOLOGIE IN CAMPO NEUROLOGICO: NANOTUBI VETTORI DI FARMACI PER RIPARARE I DANNI DELLE ZONE CEREBRALI COLPITE DA ICTUS

L'Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa (In-Cnr) in collaborazione con l'University College di Londra e l'Università di Firenze ha condotto una ricerca per testare un nuovo metodo per contrastare gli effetti dell'ictus. Durante l'ictus le molte cellule neuronali danneggiate iniziano a sintetizzare dei fattori biochimici che scatenano una sorta di suicidio cellulare: in particolar modo, questa azione è indotta dalla proteina Caspasi 3. L'azione suicida di questa proteina può essere inibita attraverso delle particolari molecole di RNA, le silencing-RNA; fino ad ora è stato difficile però far arrivare le molecole di siRNA in quantità adeguate per riparare il danno subito. Lo studio si è concentrato su un modello murino ed è durato due anni: le molecole di siRNA, sono state legate a dei tubi di carbonio di

 dimensioni nanometriche e iniettate nella zona cerebrale danneggiata. Si è visto così che una volta che il nano vettore era stato riconosciuto dai neuroni, iniziava il rilascio del farmaco in dosi tali da ridurre la morte neuronale causata dall’ictus.

http://www.molecularlab.it/news/view.asp?n=7274

LA NUOVA FRONTIERA CONTRO LE MALATTIE: LA PROTEOMICA

CHE COS’E’ IL PROTEOMA?

Termine derivato dalla fusione delle due parole ‘proteina’ e ‘genoma’, il proteoma sta a indicare l’insieme di tutte le proteine espresse dal genoma di un organismo. Il proteoma è un’entità dinamica, perché costantemente variabile nel corso del tempo. All’interno di un intero organismo, sono presenti molti tipi cellulari diversi, ognuno caratterizzato da un peculiare proteoma, a seconda del tessuto di appartenenza. La conoscenza del proteoma richiede di andare oltre la semplice sequenza nucleotidica del genoma e la costituzione amminoacidica delle proteine, perché le caratteristiche strutturali di questi elementi, nonché le loro numerose interazioni reciproche, ne modificano in modo importante la funzione. Per queste ragioni, la cosiddetta proteomica − lo studio del proteoma − può caratterizzare un organismo e il suo comportamento in modo più preciso rispetto al solo studio del genoma.

http://www.treccani.it/enciclopedia/proteoma_%28Enciclopedia-della-Scienza-e-della-Tecnica%29/

LA PROTEOMICA

La proteomica è una scienza che mira ad indagare e a stabilire l’identità, la quantità, la struttura e le funzioni biochimiche e cellulari di tutte le proteine presenti in un tessuto, in una cellula o in un compartimento sub-cellulare descrivendo come queste proprietà siano variabili nel tempo o in un determinato stato fisiologico. Obiettivi della proteomica sono:

- Comparazione tra tessuti normali e tessuti malati

-Comparazione tra tessuti malati e trattati farmacologicamente

- Identificazioni di nuovi bersagli proteici per farmaci

- Studio delle modificazioni post-traduzionali

- Strategie integrate con la genomica

- Analisi dei tessuti nelle patologie tumorali.

SYSTEM BIOLOGY

La proteomica ed altre metodiche di indagine complementari (genomica, microarray, metabolmica) costituiscono i componenti essenziali di un nuova ed emergente tipologia di studio, la system biology. Essa è una disciplina biologica che studia gli organismi viventi in quanto sistemi che si evolvono nel tempo, ossia nell'interazione dinamica delle parti di cui sono composti. In particolare questo obiettivo viene conseguito tramite l'integrazione di modelli dinamici e dei risultati di differenti esperimenti ad alto rendimento (high-throughput), unendo nella pratica per esempio le conoscenze di genomica, proteomica, trascrittomica e di teoria dei sistemi dinamici. La disciplina utilizza quindi ampiamente gli approcci della teoria dei sistemi, della bioinformatica e della matematica-statistica con l'obiettivo di arrivare a creare un modello sempre più completo del funzionamento dei sistemi biologici.

PER SAPERNE DI PIU’: http://www.treccani.it/enciclopedia/systems-biology_%28XXI_Secolo%29/

CELLULE BERSAGLIO PER SCONFIGGERE I TUMORI

La proteomica viene impiegata per individuare una particolare proteina, chiamata anche marcatore, che permette di differenziare due stati dell’organismo. Questo approccio è molto utilizzato per ricercare proteine marcatore che possono differenziare le cellule sane da cellule tumorali. Una metodicha utilizzata in questo campo è chiamata SILAC (Stable isotope labelling with amino acids in cell culture). Questa tecnica prevede la coltivazone delle cellule sane in un terreno “light” (normale), contrariamente le cellule tumorali vengono coltivate in un terreno “heavy” cioè contenente 2 aminoiacidi con isotopi pesanti non radioattivi (lisina e arginina). Dopo circa 5 duplicazioni cellulari, le cellule tumorali avranno incorporato completamente gli aminoacidi marcati e di conseguenza tutte le proteine tumorali saranno marcate con isotopi pesanti. Dopo questo passaggio vengono raccolte le cellule ed estratte le proteine dai due campioni, le proteine estratte da cellule sane e tumorali vengono miscelate insieme in un rapporto esattamente 1:1. A questo punto avremo una grandissima quantità di proteine che dovranno essere separate attraverso processi cromatografici (HPLC o elettroforesi monodimensionale) per rendere più semplice il campione. Tutte le frazioni ottenute dalla separazione dovranno essere “digerite” con proteasi, cioè enzimi che tagliano altre proteine in frammenti più piccoli. Grazie all’utilizzo di spettrometri di massa ad alta precisione e risoluzione è possibile determinare l’esatto peso molecolare (fino alla terza, quarta cifra decimale) dei differenti peptidi. Ogni proteina sarà caratterizzata da una forma leggera proveniente dalle cellule sane e una forma pesante proveniente dalle cellule tumorali. I segnali ottenuti con spettrometro di massa sono caratterizzati da una certa intensità; nel caso che la proteina non marcata abbia una intensità paragonabile alla forma marcata, significa che la proteina è espressa nella stessa quantità sia nella cellula tumorale che nella cellula sana. Se il segnale della forma pesante è invece molto più intenso (3-10 volte) rispetto al segnale della proteina non marcata, indicherà che la proteina è fortemente sovraespressa nelle cellule tumorali. Dopo aver confermato questo esperimento con altre studi, questa proteina marcatore potrà diventare un possibile bersaglio per farmaci antitumorali specifici.

DIAGNOSI DELLE PATOLOGIE ONCOLOGICHE: TUMORE AL POLMONE

Tra le patologie oncologiche, il cancro al polmone, uno dei tre tumori più diffusi, è l’unico a mostrare la più alta mortalità a causa dei fallimenti nel diagnosticarlo precocemente. Esistono attualmente numerosi biomarker a DNA come la ipermetilazione dei promotori e le mutazioni del K-ras.  I biomarker proteici comprendono: l’antigene carcinoembrionale (CEA), CYFRA21-1 (frammenti di citocheratina 19) , la callicreina plasmatica B1 (KLKB1), l’enolasi neuronespecifica  Tuttavia, a dispetto dei numerosi studi, pochi sono risultati essere utilizzabili in clinica, ad eccezione delle mutazioni del K-ras che consentono di prevedere la risposta del paziente al farmaco biologico cetuximab, nome commerciale Erbitux®, un anticorpo monoclonale diretto contro il recettore del fattore di crescita epidermico. Nell’espettorato si possano riscontrare cellule tumorali o parti di esse. Nelle biopsie di tessuto polmonare, si riscontrano non solo cellule tumorali ma anche altre molecole coinvolte nei meccanismi di difesa dell’organismo come, cellule immunitarie, citochine, etc.. derivate dalle risposte immune o infiammatoria. Anche se è possibile usare liquido pleurico, ascite, urine, il sangue è il liquido biologico maggiormente utilizzato per l’individuazione e l’analisi di biomarker sia per la sua facile accessibilità che per il suo utilizzo routinario nelle analisi chimicocliniche. Nel sangue si riversano biomarkers riscontrabili nelle biopsie tumorali e molti frammenti proteici generati nel microambiente dei tessuti patologici o dalle proteine circolanti secrete dal tessuto malato. Dopo adeguata preparazione ogni proteina può essere analizzata attraverso procedure di identificazione, verifica e validazione. Per l’identificazione proteica si utilizza la spettrometria di massa; LC-ESI-MS/MS e MALDI-TOF/MS sono le piattaforme più comunemente utilizzate. I Biomarkers potenziali, il cui livello di espressione aumenta o diminuisce sono confermati con tecniche di Western Blot o ELISA.

DIAGNOSI DI MALATTIE INFETTIVE: LA TUBERCOLOSI E LA SARS

 La tubercolosi affligge milioni di persone e i Mycobacterium tubercolosis costituiscono un problema sanitario in crescita. Uno screening sierico in grado di determinare le infezioni pre-cliniche permetterebbe trattamenti precoci, riducendo potenzialmente la trasmissione dell’infezione.  Le tecniche proteomiche hanno identificato proteine secrete in vitro da questi ceppi batterici. Due di queste (rRV e rRV) hanno mostrato negli studi clinici la loro potenzialità di antigeni per la diagnostica serica, con una sensibilità del 60-74 % e una specificità del 96-97 % (BanK et al. Proteomics 2004, 4:3299-3307).

La patogenesi di sindromi respiratorie acute (SARS) non è ancora ben compresa e metodi diagnostici specifici sono critici per il management e il controllo della malattia. L’analisi proteomica serica di pazienti affetti da SARS ha identificato dei marker potenziali – forme troncate di α(1)-antitripsina - espresse ad alte concentrazioni nel siero di pazienti SARS positivi rispetto a soggetti sani. Questi marker proteici possono essere usati sia nella diagnostica che come bersagli terapeutici. Inoltre l’indagine delle strutture proteiche dei virus SARS può rivelare potenziali target per la produzione di vaccini.

OPPORTUNITÀ IN TERAPIA: CHEMIOTERAPIA ONCOLOGICA

La resistenza delle cellule tumorali alla chemioterapia può essere piena di sfaccettature e comprenderne le cause può aiutare a migliorare le terapie esistenti e aiutare a proporre nuovi trattamenti.  Per esempio nella leucemia linfoblastica acuta infantile sono state identificate delle proteine specifiche che differenziano le cellule farmaco-resistenti da quelle farmaco-responsive. 10 proteine differiscono in struttura ed espressione quantitativa nelle cellule resistenti agli alcoloidi della pervinca (vinblastina, vincristina, vinorelbina) rispetto alle cellule responsive: proteine del citoscheletro (β-tubulina, α-tubulina e actina), proteine che regolano e legano le proteine citoscheletriche (heat shock protein 90β) e proteine coinvolte nel processamento dell'RNA (proteina-F ribonucleare). Alcune di queste proteine non erano state associate a drug-resistance e potrebbero essere utilizzate come nuovi bersagli farmacologici (Verrils et al. J. Biol. Chem. 2003; 278: 45082- 45093).  Nuovi agenti antimitotici come gli epotiloni (sorafenib) derivanti dal batterio Sorangium celloso sono attualmente utilizzati nei trials clinici; studi recenti hanno dimostrato che mutazioni della α-tubulina, il target cellulare degli epotiloni, conferiscono resistenza ai farmaci delle cellule leucemiche. Le stesse cellule erano cross-resistenti al paclitaxel ma ipersensibili agli alcaloidi della pervinca (Verrils NM et al. Chem. Biol. 2003; 10:597-607. Questi studi dimostrano che gli studi di laboratorio focalizzati su specifiche alterazioni proteiche possono indirizzare su approcci terapeutici alternativi.

I FIGLI DELLA PROVETTA

I FIGLI DELLA PROVETTA

UN BAMBINO IN PROVETTA E TRE GENITORI

Viene chiamata “fecondazione in vitro con tre genitori”, ed è una tecnica concepita per evitare la nascita di bambini con gravi malattie ereditarie che consiste nel mescolare il Dna di due madri e  un padre per evitare la nascita di figli con malattie genetiche. Di che cosa si tratta?

VIA IL DNA MALATO, DENTRO QUELLO SANO

I ricercatori sono riusciti a mettere a punto tecniche di manipolazione dell’ovocita per sostituire alcune parti di Dna che potrebbero contenere mutazioni dannose e sostituirlo con lo stesso materiale genetico proveniente da un’altra donna sana. 

Il Dna in questione è quello cosiddetto mitocondriale, contenuto all’interno di organelli chiamati mitocondri, di solito definiti come le centrali energetiche della cellula (anche se la loro funzione non è solo di produrre energia). Gli scienziati hanno identificato centinaia di mutazioni del Dna mitocondriale che possono provocare ogni sorta di malattie con sintomi gravi, dalla cecità all’epilessia agli ictus ricorrenti. Ne è affetto circa uno ogni 5 mila nati, e attualmente non c’è cura. Un metodo, sviluppato alla Università di Newcastle in Inghilterra, parte dall’ovocita con Dna mitocondriale malato già fecondato. Il suo Dna nucleare, contenente il patrimonio genetico del padre e della madre, viene rimosso e trasferito in un altro ovocita sano, da cui è stato rimosso il Dna nucleare.

 RIMOZIONE ANTE CONCEPIMENTO.

In una seconda tecnica, messa a punto da Shoukhrat Mitalipov e colleghi della Oregon Health & Science University, il Dna nucleare viene invece rimosso dall’ovocita malato non ancora fecondato e trasferito in uno sano, che verrà poi fecondato in provetta. L’embrione così ottenuto, a questo punto, verrebbe trasferito nell’utero della madre per far procedere la gravidanza. Il bambino nato grazie a questa tecnica avrebbe il patrimonio genetico del padre e della madre e il Dna mitocondriale della donna che ha fatto da donatrice: tecnicamente, tre genitori. Secondo gli scienziati che la studiano, la tecnica, finora sperimentata sugli animali e sulle scimmie in particolare, è matura per essere trasferita nell'uomo. Secondo altri, però, si tratta di un passo avventato perché le conoscenze ottenute dagli esperimenti con gli animali non sarebbero ancora sufficienti. C’è chi sottolinea che non si sa che cosa succederà alle generazioni successive, e quali sono i rischi a lungo termine. Altri ancora sottolineano i problemi ottenuti in alcuni esperimenti con animali in cui è stato mischiato Dna nucleare e mitocondriale.

DUBBI MORALI

C’è chi teme che l’introduzione di questa tecnica apra la strada a un mondo in cui è lecito creare figli su misura, con le caratteristiche più desiderabili.

Di fatto, oggi, l’unico mezzo per cercare di evitare di far nascere bambini affetti da malattie è la diagnosi genetica pre-impianto: si analizzano le cellule degli embrioni ottenuti con la fecondazione in vitro e si scartano quelli “malati”. Ma nel caso delle malattie mitocondriali non è semplice.

È un passo importante perché la tecnica è controversa: per i sostenitori è l’unica possibilità esistente per evitare la nascita di bambini affetti da una classe di malattie gravi e incurabili; per i detrattori potrebbe aprire la strada un mondo dove è possibile progettare figli “su misura”, con gli occhi azzurri o i capelli biondi, di alta statura o dotati per la musica. E voi? Che ne pensate?

http://www.focus.it/scienza/salute/fecondazione-dna-due-madri-fda-mitocondri