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Questo almeno è il mio obiettivo.
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Biosensori e gadget biometrici indossabili. Non solo per sport ...

©siliconsemiconductor.net
Non passa settimana oramai senza che vi sia l'annuncio del lancio di un nuovo dispositivo tecnologico indossabile che promette di fornirci dati in tempo reale sui parametri più svariati, fisiologici e non.
Abbiamo solo l'imbarazzo della scelta tra Google-Glass e cinturini di varia forma e natura pensati sia per lo sport (misuratori di battito cardiaco, percorso fatto, calore bruciate) che come aiuto in grado di fornire le informazioni (mail, brano musicale, messaggistica) veicolate allo smartphone senza doverlo estrarre dalla tasca. E mi sono limitato alle funzionalità base tralasciando i cinturini che monitorano caratteristiche personali (abitudini alimentari, qualità del sonno, attività fisica, ...) e quelli di monitoraggio in remoto, siano essi ad uso militare o per il controllo ambientale.
Un cerotto studiato dai militari per monitorare i parametri vitali
dei soldati attraverso l'analisi del sudore (©defensesystems.com)
E siamo solo all'inizio.
La corsa alla miniaturizzazione dei sistemi di monitoraggio non ha solo finalità legate alla sfera militare o all'area "utility". Mi riferisco ad esempio ai dispositivi pensati per sia la ricerca biomolecolare che per la clinica. Se al primo caso appartengono i cosiddetti "lab on a chip", in grado di raggruppare all'interno di un singolo chip diverse funzioni come separazione di cellule specifiche, estrazione del DNA e analisi, al secondo caso appartengono strumenti che già oggi permettono di monitorare in tempo reale parametri come glicemia, fornendo così al soggetto diabetico insulina solo quando necessario.
Un laboratorio in un Chip (©gene-quantification.de)
Ovvio quindi che i sensori indossabili siano al centro dell'interesse per la pletora di applicazioni che essi permettono di immaginare.
Esempi di sensori montati su denti e tatuaggi
AJ Bandodkar, Trends in Biotechnology)

Se alla immaginazione non vi è limite, l'ostacolo principale è nella disponibilità di sensori indossabili, siano essi sensori fotometrici o elettrochimici, che rappresentano il cuore di un qualunque strumento non invasivo finalizzato a misurare (e a convertire in segnali elettrici) il livello di costituenti chimici presenti nella saliva, nel sudore o anche nelle lacrime.
  • Sensori fotometrici. Ad esempio biosensori ottici che utilizzano il fenomeno della risonanza plasmonica di superficie (SPR). I plasmoni sono onde elettromagnetiche superficiali che si propagano in direzione parallela all'interfaccia tra metallo e materiale dielettrico
  • Sensori elettrochimici. Qualunque sensore basato su una reazione che produce o consuma elettroni.
Ed è proprio qui, nella carenza di sensori non invasivi ultra-affidabili il vero collo di bottiglia tecnologico.
Ma quando c'è un mercato miliardario (come numero di utenti e come ricavi) le probabilità di successo tendono ad aumentare considerevolmente. In particolare sono i sensori elettrochimici, le cui dimensioni sono tali da essere facilmente indossati, ad essere il nucleo della rivoluzione a livello consumer. Piccole dimensioni, elevate prestazioni e basso costo produttivo, sono i cardini su cui lavorano le aziende.
La strategia dietro il business è quella di coniugare la crescente consuetudine in ampie fasce della popolazione nell'uso di smartphone (ampiamente indotta grazie ad un marketing pervasivo iniziato una decina di anni fa) con lo sviluppo di App dedicate in grado di trasformare il telefono (eventualmente associato ad altri dispositivi tascabili) in un bionsensore. 
Tra i dispositivi dedicati al grande pubblico in arrivo nei prossimi mesi abbiamo l'iWatch di Apple che, secondo le informazioni riportate in un recente articolo pubblicato sul Wall Street Journal, sarà dotato di più di 10 sensori. Sebbene la tipologia dei sensori sia ancora top-secret (e Apple è una maestra in questa riservatezza), il consensus degli analisti indica tra i biosensori presenti il cardiofrequenzimetro, misuratori di pressione arteriosa e di glicemia fino rilevatori dello stato di idratazione.
L'annuncio è atteso prima dell'autunno e, verosimilmente, coinciderà con il lancio del nuovo iPhone.


Fonte
Non-invasive wearable electrochemical sensors: a review
Trends in Biotechnology Volume 32, Issue 7, p363–371, July 2014

Ai maiali piace dolce, ai gatti no. Ecco perchè i dolcificanti sono di aiuto negli allevamenti intensivi

I maialini e i dolcificanti. Come sfruttare il sapore dolce per farli vivere meglio

Che senso ha dare cibo contenente dolcificanti ad un animale d'allevamento? Il controllo delle calorie assunte è proprio l'ultima preoccupazione degli allevatori, che invece si trovano di fronte ad un problema da "loro stessi" creato: l'allevamento intensivo.
Il titolo dell'articolo è strano ma centra perfettamente l'argomento di oggi. Si è scoperto che i dolcificanti artificiali, usati per sostituire lo zucchero in alcuni alimenti e bevande, sono utili per migliorare la salute e il benessere di animali appena svezzati cresciuti in un ambiente e a ritmi ben poco naturali. 
©University of Liverpool
Non si tratta, come ovvio, di un improvviso interesse da parte degli allevatori per gli animali ma è in prima istanza una presa d'atto della necessità di migliorare le condizioni di vita di questi animali. Questo è fondamentale sia che si voglia semplicemente avere un buon prodotto, che si voglia ottimizzare il processo di allevamento e, sperabilmente, se vi sia un minimo di sensibilità per il benessere fisico degli animali.
Anche immaginando un impianto di allevamento all'avanguardia e ligio a tutte le norme in materia di tutela animale (spazi, aerazione, etc) una delle caratteristiche innegabili è la velocizzazione del loro ciclo vitale. 
Nota. In particolare modo è la fase dello svezzamento ad essere accelerata; nel caso dei maiali lo svezzamento avviene al 28mo giorno di vita; da quel momento gli animali vengono raggruppati in gruppi di pari età (una scelta organizzativa che facilita il monitoraggio della crescita) rendendo le madri nuovamente in grado di figliare.
Il periodo immediatamente successivo allo svezzamento presenta vari problemi di adattamento alla nuova dieta solida con conseguente deficit nutrizionale e quindi problemi di salute. Accorciare i tempi legati allo svezzamento presenta poi altre e non meno serie problematiche. Fino a che l'animale si nutre del latte materno può contare sui vantaggi della difesa immunitaria acquisita, ottenuta attraverso gli anticorpi materni presenti nel latte.
In natura lo svezzamento "naturale" coincide (anche nell'essere umano) con il raggiungimento di una sufficiente maturità immunitaria e fisica e quindi con una adeguata capacità di difendersi dalle minacce microbiche ambientali e di sfruttare al meglio le risorse alimentari disponibili.
Nota. Per maturazione fisica si intende ad esempio la maturazione strutturale e funzionale dell'intestino che rende l'animale in grado di digerire cibi "adulti". Non si tratta di una "semplice" maturazione delle cellule e dell'apparato enzimatico, fondamentale per il processamento e l'assimilazione del cibo. Si tratta anche e soprattutto dello sviluppo di una flora microbica intestinale dalla cui composizione ed equilibrio dipende il nostro benessere. Giusto per dare una idea, dalla tipologia di flora intestinale (noto con il termine microbioma) che ci portiamo dentro è possibile estrapolare "alla cieca" il nostro essere sovrappeso o normopeso oltre alla presenza di eventuali disfunzioni metaboliche. Una correlazione funzionale tanto è vero che alcuni studi preliminari volti a modificare la composizione del microbioma si sono rivelati utili anche in ambito terapeutico.
Non deve allora stupire che alcuni disturbi come diarrea, malnutrizione e disidratazione siano tra i problemi più importanti di cui soffrono i più giovani tra gli animali precocemente svezzati negli allevamenti intensivi. Problemi sufficientemente seri da provocare il 10% delle morti premature negli allevamenti di suini.
Nota. Non nascondiamoci dietro un dito ideologico. Più aumenta la popolazione mondiale e tanto maggiore dovrà essere il ricorso a questi allevamenti. Già ora la Cina è totalmente dipendente dall'importazione di cibo non avendo investito in infrastrutture in grado di assicurare la autosufficienza alimentare. Con il migliorare delle condizioni di vita in Africa la domanda di risorse alimentari subirà una impennata sostanziale. Se non vogliamo che ogni forma di vita, animale o vegetale, libera in natura sia consumata, l'allevamento è l'unica strada. Almeno fino a quando non si inventeranno cibi totalmente sintetici.
Una ricerca condotta dal team di Soraya Shirazi-Beechey della università di Liverpool, è centrata proprio sul cercare di capire come alleviare i problemi conseguenti allo svezzamento precoce. Proprio da questa ricerca è emerso il ruolo potenziale dei dolcificanti artificiali nel facilitare la maturazione intestinale e prevenire i problemi di salute post svezzamento.
Nello studio i ricercatori hanno cominciato con l'analizzare il profilo genomico del microbioma (meglio definibile quindi come analisi metagenomica) intestinale degli animali allevati con una dieta standard, confrontandone le variazioni al variare di additivi alimentari.
Si è così scoperto che includendo i dolcificanti artificiali, la popolazione intestinale del Lactobacillus aumentava.
Il Lactobacillus è, come ben noto, un batterio molto importante per la nostra salute tanto da essere utilizzato sia negli yogurt che in vari alimenti probiotici, proprio per ripopolare la flora batterica, alterata a causa di trattamenti antibiotici o per riequilibrarne la composizione in seguito a malattie o anche solo ad una alimentazione non equilibrata.
Tra le funzioni più importanti esercitate dal Lactobacillus vi è la competizione diretta con altri batteri normalmente presenti a bassi livelli e la produzione di acido lattico che crea un ambiente ostile a molti batteri nocivi. Altra funzione associata è legata al miglioramento dell'immunità innata, una immunità "aspecifica" che funge da prima barriera sulle pareti intestinali contro ogni organismo "alieno".
Negli animali da allevamento testati, la aggiunta di dolcificante al cibo è stata in grado in primis di favorire la maturazione intestinale e a seguire nel permettere la formazione di un microbioma ottimale. 
Risultato netto, una drastica riduzione dell'incidenza di diarrea (e del tasso di morbilità) nei soggetti a rischio.

L'idea per questo approccio non è nata per caso nel team di Shirazi-Beechey. Un loro studio precedente aveva dimostrato che lo stesso recettore presente nella mucosa della lingua che rileva il sapore "dolce" è anche presente sulla superficie di alcune cellule intestinali (cellule enteroendocrine) e che lo stesso recettore viene attivato dai dolcificanti artificiali. L'attivazione del recettore induce a sua volta la produzione di un ormone, glucagon like peptide-2, in grado di favorire la maturazione intestinale, favorendo l'assorbimento di glucosio, sali e acqua. 
Oltre a questo è in grado di minimizzare il riassorbimento osseo ed anche di agire come neuroprotettivo in alcune condizioni di salute precaria causate da problemi alimentari.

I risultati così ottenuti sono utili anche per altri animali, sia di allevamento che di affezione, 
  • Ad esempio i cavalli che passando ad una dieta ricca di grano possono andare incontro a coliche causate dall'aumentato carico di amido. I dolcificanti potrebbero favorire il raggiungimento di un nuovo equilibrio del microbioma.
  • I ruminanti di allevamento sono un altro esempio in cui si è dimostrata l'utilità dei dolcificanti.
  • Gli allevamenti ittici sono un altro fronte interessante. I ricercatori ambientali hanno da tempo sollevato il problema legato al fatto che poiché questi animali si nutrono di materiale pescato, la loro aumentata diffusione ha un effetto opposto a quello pensato inizialmente, cioè tutelare la biosfera marina. Molti pesci allevati equivale a molto "mangime" derivato da altri pesci pescati. Comprendere in dettaglio il funzionamento del processo digestivo è essenziale per sviluppare additivi come quelli usati per i maiali che permettano la creazione di una dieta equilibrata e a basso impatto ambientale.
Zucchero? No, grazie (©petsadviser.com)
E i gatti? E' noto che a differenza dei cani, i felini non hanno alcun interesse per cibo "dolce" mentre il richiamo del sapido è una calamita sicura. Un disinteresse assolutamente motivato dato che i gatti mancano dei recettori specifici sia sulla lingua che nell'intestino.
Quindi è perfettamente inutile cercare di fargli mangiare una prelibatezza di dolce avanzato, su cui invece un cane si fionderebbe in un battito di ciglia ingurgitando anche il cucchiaio.
Un fatto questo assolutamente normale dato che il gatto è un carnivoro puro e che non potrebbe vivere con una dieta vegetale o fruttariana (come purtroppo alcuni vegani hanno cercato di imporre al proprio animale ... quando si dice ignoranza ideologica).

(potrebbe anche interessarvi la serie di articoli sul tema "gusto e genetica")

Fonti
- Dietary supplementation with lactose or artificial sweetener enhances swine gut Lactobacillus population abundance
Moran AW et al, J Dairy Sci. 2014 Aug;97(8):4955-72
-Nutrient sensing and signalling in the gastrointestinal tract
Shirazi-Beechey SP, Bravo D.  Br J Nutr. 2014 Jun;111 Suppl 1

- Sweet taste receptor expression in ruminant intestine and its activation by artificial sweeteners to regulate glucose absorption
Moran AW et al.J Dairy Sci. 2014 Aug;97(8):4955-72




Bio-robot e chip per la memoria umana. Un vero prototipo non fantasie

Biorobot e chip per la memoria umana: strumenti di un futuro molto vicino
Ingegneria e biologia si incontrano ancora una volta (mai sentito parlare di nanosonde?), anzi due dato che due sono le notizie a riguardo di cui oggi tratto.

1) Alla University of Illinois, sita a Urbana una cittadina nei pressi di Chicago, sono "nati" dei robot che si muovono grazie a  … cellule muscolari scheletriche.
I bio-robot di Urbana sono piccoli dispositivi (diametro inferiore al cm), flessibili e in idrogel, che utilizzano il connubio tra cellule muscolari viventi, impulsi elettrici e supporto di sostegno per muoversi in diverse direzioni e a diversa velocità.
In estrema sintesi gli scienziati possono guidare questi piccoli cyborg grazie agli impulsi elettrici che passano dal supporto "robotico" direttamente alla cellula muscolare. Quest'ultima, in modo non così diverso da quanto avviene nel corpo dove lo stimolo elettrochimico che controlla il miocita origina dalla giunzione neuro-muscolare (quindi da una terminazione nervosa), si contrarrà generando un movimento sulla falsa riga di quello che avviene nel complesso muscolo-osso-tendine.
Variando la frequenza degli impulsi elettrici si varia anche la velocità di movimento del robot.

Il disegno mostra una cellula muscolare (rosso) intrappolata tra i connettori/zampe del robot.

Quale l'utilizzo potenziale di questo bio-robot?
In ambito medico potrebbe essere usato sia durante gli interventi chirurgici che per il drug delivery, ma pensando in grande non è difficile visualizzare protesi estremamente evolute.
Ma non è tutto.
Potrebbero rappresentare una nuova generazione di robot multi-task molto più efficienti (energicamente e funzionalmente) di quelli attuali, totalmente meccanici.
Carmel Majidi, professore di robotica presso la Carnegie Mellon e non coinvolto nel lavoro, ne è entusiasta; tra le possibilità da lui immaginate quella di realizzare robot "morbidi" modellati su forme di medusa o di polpo, organismi tra i più versatili ed efficienti nel loro ambiente.
Al di fuori del campo medico il potenziale di utilizzo di questi robot spazia da operazioni di ricerca e soccorso in caso di catastrofe naturale a esplorazioni subacquee e in generale per qualsiasi altro compito che implichi muoversi all'interno di spazi ristretti.

Di seguito un video dimostrativo


Fonte
- Muscle-powered bio-bots walk on command
  news.illinois.edu/news
- Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle 
  Caroline Cvetkovic et al,  PNAS (2014), 111 (28) 10125-10130;



2) Altro istituto di eccellenza e altra innovazione.
Presso il Lawrence Livermore National Laboratory sta per nascere un dispositivo che una volta impiantato in un cervello (sia malato che sano) potrà, questa la promessa, aiutare la memoria. 
Il concetto base è "semplice". La memoria altro non è che il risultato di una serie di connessioni sinaptiche. Tanto maggiore è l'intensità esperienziale (o il numero di volte che questo evento/fatto è stato richiamato alla memoria) tanto maggiore sarà il numero di connessioni sinaptiche dedicate. Eventi traumatici o malattie possono causare la riduzione nel numero dei neuroni coinvolti o anche solo delle connessioni attive, cosa che determina la perdita parziale o completa della memoria retrograda o della capacità di formare nuove memorie (memoria anterograda).
L'impianto sarà nella zona
tra ippocampo e corteccia
entorinale (Courtesy of LLNV.gov)
 Il chip avrebbe quindi la funzione di continuare a stimolare i neuroni in modo da consolidare le connessioni e/o a ripristinare collegamenti deboli e quindi assenti per il nostro Io cosciente. Ho sottolineato "Io cosciente" dato che il non ricordarsi di un evento non vuol dire che di questo evento non sia rimasta traccia nella nostra memoria profonda.
L'esempio più classico è quello della ipnotizzazione usata in psichiatria per fare affiorare ricordi apparentemente cancellati ma la cui esistenza è provata dalla loro capacità di condizionare pesantemente il comportamento della persona. Senza entrare in ambito patologico possiamo vedere un esempio di questo in ognuno di noi. Ad esempio quando proviamo la sensazione di avere già visto una insegna ma non ci ricordiamo dove, almeno fino al momento in cui non interviene un altro stimolo associativo in grado di ricreare la connessione. O ancora la capacità che hanno alcuni odori o sapori, indifferenti per altre persone, di evocare in noi sensazioni piacevoli (o spiacevoli); sensazioni tipicamente associate ad esperienze infantili (ad esempio la cucina della nonna) ma poi scomparse dalla memoria consapevole.
Chiaramente una memoria è recuperabile (anche guardando al miglioramento futuro delle tecnologie mediche dedicate) SE esiste una certa integrità strutturale e grazie alla ridondanza dei meccanismi che creano la memoria. In altri termini è recuperabile se esiste traccia di essa. Se al contrario i danni sono troppo estesi o semplicemente sono scomparse le connessioni specifiche, questo approccio non porterà ad alcun beneficio.
Un caso estremo è quello dell'Alzheimer. In questa malattia i sintomi cominciano a manifestarsi almeno una decina di anni dopo che il processo degenerativo è iniziato. Quando i danni superano una certa soglia (tipicamente danni molto estesi) e l'ippocampo è colpito, viene perso il motore che rende possibile la formazione di nuove memorie. Con l'interessamento delle zone via via più periferiche (corteccia e neocorteccia) tenderanno a rimanere solo i ricordi più antichi (vedi qui per uno schema della progressione della malattia).
E' evidente che una volta persa un determinato gruppo di connessioni, il ricordo sarà perso per sempre e nessun chip potrà mai ricrearlo.
Il chip servirà, in assenza di danni estesi, per stimolare i neuroni facilitando sia la fissazione di nuovi ricordi che il consentire l’accesso a quelli passati. Non solo. La stimolazione e decodifica degli impulsi, sarebbe particolarmente utile per i problemi legati a trauma cranico, fasi iniziali del morbo di Alzheimer ed epilessia.
Per vedere quante delle speranze associate a questo chip potranno essere tradotte in realtà bisognerà aspettare alcuni anni. I primi test clinici sono previsti per il 2017.
Vale la pena ricordare che questo lavoro è stato reso possibile dagli ingenti finanziamenti forniti dal Pentagono, particolarmente interessato ai danni post-traumatici e, perchè no, in un lontano futuro anche a ricavare le informazioni memorizzate dai futuri agenti segreti.
Prima di scandalizzarsi per questo interesse dei militari conviene ricordare che internet è nato da un progetto esclusivamente militare  (gestito dall'ARPA, il sistema di difesa americano) e che i costi associati per questo genere di sperimentazioni sono totalmente fuori dalla portata di università o anche di aziende importanti (che non possono permettersi di investire al buio). Vale anche la pena ricordare che esperimenti del genere sono di sicuro già operativi in Cina e Russia (e forse anche in India) ma di questi non sapremo mai nulla. Quindi, vale la pena sfruttare al meglio la trasparenza occidentale perché ogni dato che emergerà da questi studi venga dirottata il prima possibile ad uso civile/medico.
Per ulteriori informazioni visualizzare il link alla notizia ufficiale.
Fonte
  Lawrence Livermore National Laboratory, news

Batteri ad alta quota e nei ghiacci

Un vento batterico in montagna e i "pigri" batteri del permafrost. Due aspetti poco noti sulla biomassa più importante nel nostro pianeta: i batteri.

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Una sana brezza "batterica"
Quando andiamo in montagna e ci inerpichiamo, picozza in mano, fino ad arrivare sulle vette più solitarie del circondario, tutto potrebbe venirci in mente salvo che stiamo respirando una piacevole brezza … batterica.
Niente di preoccupante sia chiaro. Si tratta della sana e vecchia biosfera che pervade ogni area del pianeta, anche le più ostili come le bollenti sorgenti sottomarine (batteri chemosintetici termofili), le scorie di reattori nucleari (dove si trova a suo agio il Deinococcus radiodurans) o i deserti più inospitali del pianeta, caldi o freddi che siano.

©wikipedia
Il Monte Bachelor in Oregon, USA, non è un gigante ma raggiunge i suoi onesti 2800 metri sul livello del mare. Il motivo dell'interesse dei ricercatori è che questa montagna è sita in una zona ottimale per raccogliere campioni di aria trans-pacifica nel suo percorso tra l'alta troposfera e la bassa stratosfera.  
Nota. I microorganismi sono abbondanti nell'alta atmosfera, particolarmente nelle aree sottovento di regioni aride, dove i venti sono in grado di mobilizzare grandi quantità di polveri.
Dall'analisi dei campioni di aria prelevati sulla cima di questa montagna, il gruppo di Peter D. Ward ha ottenuto dati interessanti riguardo la biomassa trasportata annualmente dai venti in arrivo dall'Asia (Cina, Corea e Giappone). Biomassa il cui valore è pari a circa 64 milioni di tonnellate - ogni anno
Grazie alle capacità tecniche oramai estremamente raffinate di coltivare in vitro microorganismi ignoti e alle moderne tecnologie di sequenziamento, che oltre a necessitare di pochissimo materiale biologico si avvalgono di algoritmi che permettono di distinguere in tempi relativamente rapidi i diversi microorganismi presenti, i ricercatori sono stati in grado di identificare nei campioni circa 2800 specie batteriche anche molto diverse tra loro (archeobatteri ed eubatteri). Val la pena sottolineare il fatto che gran parte delle specie identificate sono batteri in grado di formare spore; specie quindi in grado di sopravvivere per molto tempo in condizioni estreme, in attesa che i venti li trasportino in luoghi adatti, per un tempo sufficiente affinchè possano dividersi e nel caso formare nuove spore. 
Oltre ad ottenere dati sul movimento della biomassa a livello atmosferico, questo lavoro ha permesso di formulare anche alcune ipotesi sul ruolo dei microbi nei processi di nucleazione dell'acqua e, di conseguenza, sui processi che portano alle precipitazioni su larga scala.
Non da ultimo questi dati forniscono informazioni sulla capacità dei batteri di diffondersi, come potenziali "inquinanti" aerei, su grandi distanze.

Tutto sommato è meglio non pensarci quando assaporiamo il piacere di avere raggiunto l'agognata vetta.

Fonte
- Intercontinental Dispersal of Bacteria and Archaea in Transpacific Winds
  David J. Smith et al, Appl. Environ. Microbiol.  (2012) 10.1128/AEM.03029-12.


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Vivere nel permafrost. Freddo e sale inducono alla tranquillità
La vita nel permafrost non è facile per nessuno, nemmeno per un batterio che ha fatto di esso la sua residenza. Non solo le temperature sotto lo zero sono la norma, ma la poca acqua liquida disponibile è alquanto salata. Come potrebbe del resto rimanere liquida se non grazie ai sali in essa disciolti?

Pertanto i batteri che qui abitano hanno dovuto adattarsi ad una doppia condizione estrema, freddo e alta salinità, che presi singolarmente definiscono i batteri psicrofili e alofili, rispettivamente. L'interesse per questa flora microbica è oggi sempre più di moda a causa dell'aumento della temperatura globale che ha innescato processi a catena tra cui il progressivo riscaldamento del permafrost con la conseguente liberazione (o semplicemente aumento dell'attività) dei batteri ivi residenti. Un fenomeno ancora più importante dato il progressivo sfruttamento di queste aree, prima inaccessibili (o economicamente svantaggiose).
Ultimo motivo, ma non meno importante, il potenziale di conoscenze biotecnologiche che lo studio di questi batteri adattatisi a condizioni estreme consentirà una volta conosciuti i dettagli del loro metabolismo.
Nota. Alcuni tra gli enzimi che hanno rivoluzionato il modo di fare ricerca negli ultimi 30 anni originano da batteri estremofili. Un esempio su tutti la DNA polimerasi, cioè l'enzima chiave della tecnica nota come PCR (Polymerase Chain Reaction).
Planococcus halocryophilus
Proprio su uno di questi microorganismi isolati dal permafrost artico, il batterio anaerobico Planococcus halocryophilus, è centrato il lavoro pubblicato su The ISME Journal. Per essere più precisi è il ceppo noto come Or1 ad avere caratteristiche uniche: non gli basta riuscire a dividersi fino ad una temperatura di -15 °C,  ma rimane metabolicamente attivo fino -25 °C! Per contro non ama le temperature tiepide, infatti smette di dividersi sopra i 15 °C.
Un batterio che d'altra parte se la prende comoda avendo un tempo di divisione cellulare, alle temperature basse, pari a circa 50 giorni.
Nota. Altri batteri estremofili ancora più lenti sono i "mangiaroccia", noti come endoliti, e alcuni cianobatteri. In entrambi i casi i tempi di duplicazione possono essere uno ogni centinaia o migliaia di anni. Chiaro che si tratta di condizioni di quasi-vita a causa della pressoché nulla quantità di "cibo" presente.
Proprio per capire che strategie, strutturali e metaboliche, abbia evoluto il batterio per riuscire non solo a non congelare (ivi compreso mantenere una certa fluidità della membrana cellulare) ma anche per mantenere la funzionalità enzimatica, i ricercatori si sono concentrati su genoma, fisiologia e trascrittoma:
  • Lo studio del genoma consente di capire quali siano i geni (e le mutazioni) chiave selezionate dall'evoluzione, 
  • il trascrittoma permette di avere una idea dei livelli di espressione di ciascun gene; 
  • la fisiologia integra i dati precedenti in un quadro funzionale. 
Anche in questo caso l'analisi genomica ha fornito uno strumento di indagine fondamentale per cercare di capire i meccanismi chiave di questi organismi. Senza entrare troppo nello specifico, le modificazioni associate al ceppo Or1 riguardano i meccanismi per contrastare l'azione osmotica propria dell'ambiente salino, modificazioni nella composizione lipidica della membrana cellulare e una aumentata risposta allo stress ossidativo.
Mai come in questo caso il detto "il freddo ti conserva bene" è veritiero: i batteri sono sopravvissuti per milioni di anni in questi ambienti estremi al prezzo di una estrema "morigeratezza" riproduttiva e all'accumulo di mutazioni che di fatto li vincolano al vivere in questi ambienti.

(sul tema microbi e permafrost vedi anche un precedente articolo, qui)

I dati che emergeranno nei prossimi anni ci forniranno sempre nuovi dettagli sull'incredibile mondo dei microorganismi e sulla loro capacità di adattamento alle condizioni più estreme


Fonte
- Bacterial growth at -15 °C; molecular insights from the permafrost bacterium Planococcus halocryophilus Or1.
  ISME J. 10.1038/ 2013.8 (2013).


"No caro, stasera ho il mal di testa" non è una scusa abusata

"Non stasera, caro, ho mal di testa", è da sempre e in ogni parte del mondo, la frase classica che ogni marito ha ascoltato.
Ma che c'entrano le frasi fatte con il contenuto scientifico di questo blog?
C'entra perché non si tratta di una scusa buona per tutte le stagioni ma di un oggettivo problema del gentil sesso.

L'argomento ha destato l'interesse anche dei ricercatori della McGill University e della Concordia University, site a Montreal, proprio per le implicazioni scientifiche associate.
La maggior frequenza di donne restie ai piaceri talamici (rispetto agli uomini) indica che, in linea generale, il desiderio sessuale delle donne è più influenzato dal dolore di quello degli uomini. Indifferentemente dal fatto che il dolore sia quello associato al ciclo mensile o a situazioni fisiche contingenti, è molto più probabile che sia la donna a tirarsi indietro rispetto ad un maschio in situazioni paragonabili (come dolore e non come cause, ovviamente).

Lo studio, pubblicato poche settimane fa sulla rivista Journal of Neuroscience, ha dimostrato  che nei topi il dolore da infiammazione ha una azione inibente sul comportamento sessuale molto maggiore nei topi femmina in estro rispetto ai topi maschi.

"Sappiamo da altri studi che il desiderio sessuale delle donne dipende molto più dal contesto rispetto a quanto avviene per gli uomini. Tuttavia le variabili in gioco - fattori culturali, biologici o sociali (come educazione e l'influenza dei media) - sono così complesse che è sempre stato arduo ricavare dati generalizzabili" ha affermato Jeffrey Mogil, l'autore principale dell'articolo. Che continua, "l'avere osservato che anche i topi di sesso femminile mostrano un comportamento renitente associato al dolore, come nelle donne, rafforza l'idea che la componente biologica sia dominante rispetto ad eventuali spiegazioni socioculturali".
©newsgo

Per condurre lo studio, i ricercatori hanno messo i topi in una camera di accoppiamento divisa da una barriera con aperture troppo piccole perché i topi maschi riuscissero ad attraversarla, ma sufficienti invece per il passaggio delle femmine. Questo lasciava in toto alla femmina la decisione del se, e per quanto tempo, trascorrere del tempo con il partner maschile. Topi femmina "sofferenti" (ma con livelli di dolore sempre fisiologici, mai cioè invalidanti) mostravano sempre un minor interesse ad incontrare il maschio rispetto all'interesse di un maschio ugualmente dolorante.
Il comportamento "renitente" veniva facilmente revertito al normale sia mediante la somministrazione di antidolorifici standard che mediante farmaci in grado di aumentare il desiderio sessuale.
Nota. L'esperimento a parti invertite con il maschio a fungere da variabile comportamentale, è stato condotto in una camera di accoppiamento senza pareti divisorie e in presenza di una femmina in estro. L'accoppiamento era quindi totalmente libero e dipendente unicamente dal maschio, essendo la femmina totalmente ricettiva. Il maschio come detto non ha mostrato alcun freno legato al dolore infiammatorio.
Il dato è interessante in quanto "la presenza di dolore cronico è notoriamente associata ad un ridotto desiderio sessuale negli esseri umani", afferma Yitzchak Binik, professore alla McGill. "L'importanza dello studio è che fornisce un modello su cui sviluppare trattamenti efficaci che aiutino i soggetti affetti da dolore cronico"
Sebbene il dolore cronico associato a molte patologie sia ad oggi solo parzialmente trattabile, spesso con efficacia solo lenitiva e non in grado di risolvere il problema alla radice, le persone con tale sintomatologia soffrono non solo di problemi fisici ma di una carenza affettiva prolungata.
Sviluppare un trattamento farmacologico mirato potrebbe risolvere almeno in parte il problema sessuale all'interno della coppia, contribuendo a rendere meno gravoso il già pesante fardello dell'infiammazione cronica.

(potrebbe interessarti sul tema, l'articolo "Biochimica dell'Amore"

Fonti
- Pain curbs sex drive in female mice, but not in males
  McGill University, news

- Pain Reduces Sexual Motivation in Female But Not Male Mice 
  Melissa A. Farmer et al, The Journal of Neuroscience, 23 April 2014, 34(17): 5747-5753

Sapiens e Neanderthal. Una unione non priva di problemi

Sapiens e Neanderthal. Una unione non priva di problemi  
(articolo precedente su H. neanderthal --> qui)

Non sappiamo se sia stato amore a prima vista o se gli incroci tra Homo sapiens e Homo neanderthalensis siano stati il frutto di incontri casuali o peggio frutto di scorrerie incrociate. Sta di fatto che noi tutti appartenenti alle popolazioni non-africane di Homo sapiens (e il motivo di questa precisazione lo descriverò tra qualche riga) abbiamo, usando un termine banalizzante ma comprensibile ai non addetti ai lavori, "sangue neanderthal". Lo stesso concetto può essere espresso molto meglio scientificamente scrivendo che una parte del nostro genoma è di chiara provenienza neanderthaliana.
Neanderthal (©Museum of Natural History, Vienna)

Tale affermazione non deriva né da speculazioni né da narrativa para-scientifica, ma è il risultato ottenuto grazie alle sempre più avanzate tecniche di caratterizzazione genomica che nell'ultimo decennio hanno permesso di scandagliare sempre più in profondità nel nostro DNA.
Ciò che una volta (e parliamo della fine dello scorso millennio) era un approccio valido al più per costruire film come Jurassic Park, oggi è diventato una realtà: dai fossili del neandertal è stato possibile estrarre DNA sufficientemente integro da essere sequenziato e le stringhe di informazioni "riordinate" in modo coerente (e questo grazie a software molto potenti). La comparazione tra la sequenza nucleotidica dei nostri "cugini" e la nostra indica in modo chiaro la presenza di una eredità neandertal nel nostro genoma. Presenza attribuibile unicamente ad incroci ripetuti avvenuti quando i due Homo avevano intrappreso percorsi evolutivi separati già da molte decine di migliaia di anni.
Queste unioni sono state una fortuna per i nostri antenati "ibridi" dato che hanno fornito loro una "scorciatoia" evolutiva per adattarsi più velocemente ai nuovi ambienti colonizzati, più freddi di quelli originari e ricchi di microbi ignoti al loro repertorio immunitario.
Tutto facile? Non proprio. Come spesso avviene durante gli incroci tra "quasi-specie" è verosimile che le primissime generazioni di ibridi fossero caratterizzate da ridotta fertilità e da tratti non vantaggiosi per non dire deleteri.
Nota. Quando soggetti di una stessa specie si vengono a trovare separati per un tempo sufficientemente lungo è quasi automatico che accumulino differenze genetiche proporzionali al numero di generazioni trascorse e alla differenza ambientale. Le cause di tali differenze sono molteplici e vanno da fenomeni come founder-effect, bottleneck genetico alla selezione positiva/negativa di nuovi alleli vantaggiosi/svantaggiosi in un dato ambiente; esempio classico di selezione di alleli svantaggiosi è quello causante l'anemia mediterranea in grado di conferire, allo stato eterozigote, un vantaggio selettivo nelle zone malariche. Il caso più noto dei problemi legati all'incrocio tra specie diverse ma molto vicine geneticamente è quello tra cavalli ed asini; simili ma sufficientemente "divergenti" da non essere più in grado di generare una progenie fertile. Quando questo avviene si parla di speciazione ed è biologicamente riassumibile come la incapacità di generare una prole fertile.
Un esempio meno estremo (non è avvenuta, ancora, la speciazione) è quello riferito a popolazioni di scimpanzé che vivono da tempo indefinito in aree adiacenti ma separate tra loro da un fiume sufficientemente largo (le scimmie non sanno nuotare). Lo studio del loro genoma ha mostrato la sedimentazione di tratti specifici, pur abitando in aree sostanzialmente identiche (--> QUI), addirittura maggiori di quelli esistenti tra le popolazioni umane (in cui la separazione geografica è durata poche decine di migliaia di anni).
Torniamo all'incipit dell'articolo odierno in cui accennavo alla unione tra neanderthaliani e sapiens. Per comprendere appieno i riferimenti è tuttavia necessario fare un'altra digressione riassumendo alcuni concetti su quanto è avvenuto dopo la separazione dei due rami evolutivi (sapiens e neanderthal) a partire dall'antenato comune. Questi dati sono essenziali per comprendere il motivo per cui il DNA neanderthaliano è presente unicamente nelle popolazioni non africane.
La zona abitata dai Neanderthal prima della migrazione umana
Le diverse tappe temporali della diffusione del sapiens (credit: nature.org)
La parentela tra Homo sapiens e Homo neanderthalensis risale ad un antenato comune vissuto circa mezzo milione fa. A tale periodo va infatti fatta risalire con ogni probabilità la separazione geografica (e quindi riproduttiva) tra i due gruppi, iniziata con la migrazione dei proto-neanderthal dall'Africa verso il medio oriente prima ed Europa e Asia poi. Una migrazione che li avrebbe portati in territori climaticamente ben diversi da quelli originari e a cui finirono per adattarsi. Ricordo che il termine "adattamento" va inteso geneticamente, come selezione dei caratteri che meglio aiutano a sopravvivere (e a riprodursi in modo "produttivo") in un dato ambiente. In altre parole la fitness genetica.

Bisognerà aspettare altri 400 mila anni (quindi solo 100 mila anni fa) prima che l'Homo sapiens inizi la sua migrazione dall'Africa, staccandosi dai fratelli africani. Una separazione provata dalle differenze genetiche accumulatesi (causa isolamento riproduttivo) tra sapiens africani e non-africani.

Per evitare equivoci vale la pena sottolineare che questo non implica che uno dei due sia migliore (o più evoluto) dell'altro ma semplicemente che per molte migliaia di anni si è avuta una separazione di fatto tra i sapiens rimasti in Africa e quelli da essa emigrati (quindi oltre agli eurasiatici anche gli abitanti di Oceania e americhe).
L'analisi delle varianti del cromosoma Y (--> Poznik G.D. et al. Nat. Genet. 48, 593–599 (2016)) ha fornito nuove informazioni sul "quando" sia iniziata la migrazione del Sapiens fuori dall'Africa. Uno studio reso possibile dalla trasmissione patrilineare di questo cromosoma che è impossibilitato a ricombinarsi durante la meiosi (tranne nella regione pseudoautosomica) come fanno tutti gli altri cromosomi. Questo suo "isolazionismo" lo rende un formidabile collettore di variazioni genetiche, dal computo delle quali è possibile risalire al momento della separazione di due popolazioni. Alcuni numeri: l'antenato maschio a cui possono essere fatti risalire tutti i cromosomi Y odierni è databile a circa 170 mila anni fa; i cromosomi Y non africani (quelli cioè con alterazioni comparse successivamente alla migrazione) sono databili a circa 70 mila anni fa. 
 Gli ominidi non-sapiens (i neandertal sono solo quelli di maggiore successo) risiedevano in Europa ed Asia da almeno 200 mila anni quando iniziarono i primi contatti con i nuovi arrivati sapiens "appena" usciti dal continente africano. Logico pensare quindi che si fossero pienamente adattati ad un clima (e a patogeni) ben diversi da quelli africani grazie a mutazioni adattive. E' più che verosimile che la velocità (in termini evolutivi) con cui i sapiens riuscirono a colonizzare ambienti così diversi dall'originario sia la diretta conseguenza di incroci con gli autoctoni seguita da una selezione continua durata molte migliaia di anni della progenie che meglio "riassumeva" in se i tratti più idonei. In pratica l'appropriazione del DNA dei neandertal è stata per i nostri antenati una scorciatoia evolutiva che ha fornito la marcia in più per la diffusione sui territori vasti ed eterogenei come quelli eurasiatici.
L'evoluzione della specie umana e i contatti con i Neanderthal: una sola famiglia (immagine riportata dal sito della BBC, ma originariamente pubblicata su Science)
In un certo senso il fatto che le popolazioni africane siano prive di elementi neanderthaliani le qualifica come sapiens puri mentre noi non-africani (sia europei che asiatici, etc) siamo il prodotto di una unione con cugini "diversamente" umani, i neandertal.

Come prima anticipato, la genetica ci ha permesso di scoprire, senza alcuna incertezza, che da questo incontro si produssero delle unioni di cui i sapiens non africani conservano le traccie nel 2-3% del genoma.
Ad aggiungere interesse a queste scoperte rese possibili grazie al Progetto Genoma, si aggiunge il dato eccezionale di qualche anno fa (di cui ho già parlato in un precedente articolo, QUI) riferito alla identificazione di un nuovo "cugino", noto come Homo denisova, un parente prossimo del Neanderthal. I denisoviani avevano colonizzato alcune regioni dell'Asia centrale e si trovarono sulla rotta migratoria dei sapiens già incrociatisi con i Neanderthal. Risultato? Un nuovo incrocio di cui si trovano oggi le tracce unicamente in alcune specifiche popolazioni di Malesia, Filippine e nei tibetani (vedi --> QUI), i diretti discendenti di questo incontro.
A questo punto dovrebbe essere chiaro per quale motivo solo le popolazioni non-africane hanno DNA neanderthaliano. Riassumiamo gli elementi principali:
  • sapiens e neanderthal si sono indubbiamente incontrati e hanno generato della prole;
  • le due popolazioni, nonostante la separazione durata 400 mila anni, non avevano ancora portato "a termine" il processo di speciazione. Come detto in apertura la definizione biologica di specie definisce organismi dal cui incrocio si generano individui ugualmente fertili;
  • la predominanza assoluta del genoma sapiens ci qualifica come "sapiens con tracce di neandertal" e non viceversa, ad indicare che gli incroci sono si avvenuti in modo ripetuto ma "all'interno" della comunità sapiens; altrimenti saremmo "neandertal con tracce di sapiens". Questa unione quantitativamente ineguale potrebbe a sua volta indicare che i neandertal fossero in crisi demografica o troppo sparsi al momento dell'arrivo delle prime ondate di sapiens e/o che i rapporti tra le due popolazioni si siano rivelati da subito poco amichevoli, tale da rendere gli accoppiamenti minoritari sul totale della popolazione. Questo però non permette di comprendere per quale motivo il DNA neandertaliano sia presente in tutti gli appartenenti  a popolazioni non africane. Se ci fosse stata una chiara superiorità numerica o se gli incroci fossero stati rari la logica conseguenza sarebbe la presenza di un numero rilevante di individui privi di DNA neanderthal. Il che, pur in presenza di una certa variabilità, non è stato osservato.
  • Qualcuno potrebbe anche ipotizzare che i neandertal si siano rivelati meno adatti a superare repentini cambiamenti climatici, magari associati alla fine delle grandi glaciazioni. Una spiegazione che non mi convince completamente dato che i neandertal erano sopravvissuti egregiamente per 400 mila anni in Eurasia, un tempo sufficiente per avere affrontato almeno due periodi interglaciali (grafico --> qui).
  • Una valida ipotesi alternativa (non escludente la precedente) è che la progenie ibrida abbia "raccolto" sia elementi positivi (favoriti) che negativi (sociali? di fitness?) su cui la selezione abbia agito con il risultato di un "peso" neandertal/sapiens quale quello attuale.
  • Nel periodo intercorso tra l'arrivo dei sapiens in Europa (~ 45 mila anni fa) e l'invenzione dell'agricoltura e quindi dei primi villaggi stabili (~ 8500 anni fa) la componente neandertaliana del nostro genoma è passata dal 3-6 per cento a meno del 2 per cento; una chiara indicazione di una selezione debole ma continua contro alcuni geni e in favore di pochi altri.
L'elemento centrale su cui concentrarsi è che se le popolazioni moderne non-africane hanno conservato in modo pressoché uniforme parte del genoma neandertaliano, questo indica che tutte queste popolazioni derivano da soggetti ibridi. L'assenza di "sapiens puri" tra i non-africani indica sia che sul lungo periodo i "puri" si siano rivelati non idonei come fitness alla vita in eurasia ma anche che l'ibrido perfetto (o in ogni caso quello con maggiore contenuto di alleli neandertal) era idoneo.
Una ipotesi, quella di uno svantaggio riproduttivo degli ibridi, non peregrina se si tiene a mente quanto detto sopra: le due popolazioni erano rimaste separate per un tempo abbastanza lungo (cosa non più capitata da allora nell'ambito della specie sapiens sapiens) e sappiamo che questo in automatico porta alla selezione e/o alla segregazione casuale di caratteristiche fisiologiche, metaboliche e strutturali (in una parola genetiche) che in un ibrido possono portare ad un considerevole abbassamento della fitness. In particolare è a livello meiotico (il processo alla base della formazione dei gameti) o embrionale che eventuali discordanze cromosomiche o genetiche, rispettivamente, si manifestano. Il mulo è sterile, sebbene sano in tutto il resto, dato che il suo "problema" è nella impossibilità di formare gameti funzionali durante il processo meiotico.
Ed ecco che finalmente arriviamo al tema centrale dell'articolo odierno, che vuole riassumere quanto emerso da due articoli pubblicati sulle riviste Nature e Science, entrambi centrati sulle problematiche di fitness di un ibrido "puro" sapiens/neandertal. Entrambi i lavori hanno usato come punto di partenza l'analisi delle regioni del nostro genoma di ascendenza neandertaliana. Tali aree, che rappresentano meno del 3 % del nostro genoma, non sono organizzate in modo contiguo ma distribuite su tutti e 23 i cromosomi.
L'interesse dei ricercatori era comprendere quali fossero le funzionalità (cioè i geni e le regioni regolatrici) conservatesi durante la successiva 'evoluzione del sapiens e quali invece le zone perse. Se i geni si sono conservati negli ultimi 60 mila anni dall'incontro con l'ultimo neanderthal qualche vantaggio devono averlo fornito. Se si fosse trattato di alleli (o geni omologhi) leggermente svantaggiosi o semplicemente neutri per la fitness, sarebbero stati persi per diluizione nel giro di qualche decina di generazioni. Cosa che ovviamente non è avvenuta.

Nel lavoro pubblicato su Science (Benjamin Vernot et al) è stato confrontato il DNA di 665 europei e asiatici dell'estremo oriente con quello ottenuto dai fossili di neandertal. Il dato più importante emerso è che se è vero che meno del 3% del totale del nostro genoma è neandertal, dall'altra parte la quantità del genoma neandertaliano trasferitasi negli umani moderni è del 20%.
Un dato estremamente interessante che indica come durante il processo selettivo sugli ibridi si sia "trovato qualcosa di utile e/o di non deleterio" nel 20% del genoma neandertal degno di essere selezionato. Tra i geni neandertal "di successo" molti sono funzionalmente correlati alla fisiologia della pelle.

Risultati sostanzialmente in accordo con i precedenti sono quelli pubblicati su Nature dal team di David Reich. I geni neandertaliani emersi come evolutivamente vantaggiosi dal confronto del genoma di 1004 persone con quello neandertaliano, sono funzionalmente correlati con la cheratina, una delle proteine chiave del rivestimento cutaneo. Un dato che indica come la "qualità" della pelle abbia svolto un ruolo chiave nell'adattamento alle regioni con minore irradiazione solare. Non solo maggiore resistenza al freddo ma anche resistenza a patogeni ambientali.  

Tra gli elementi più interessanti emersi da entrambi i lavori vi è il fatto che ci sono larghe porzioni genomiche dei neandertal che sono andate completamente perse nel nostro genoma. Un dato questo che indica l'esistenza di una selezione negativa più che una neutralità selettiva. Un concetto sottolineato da Reich: "i dati suggeriscono fortemente che molti geni neanderthal si sono rivelati dannosi nell'ibrido e in tutti i suoi discendenti. Non a caso sono stati persi in solo poche generazioni successive alla nascita dell'ibrido".
Non sorprende allora scoprire che le regioni genomiche dei sapiens in cui la componente neandertaliana è assente sono anche quelle più ricche di geni a dimostrazione della esistenza di una forte pressione selettiva che ha rimosso le zone "dannose". Ancora meno sorprendente, ma scientificamente eccitante, scoprire che queste zone contengono i geni maggiormente espressi nei testicoli e che il cromosoma X (i cui geni sono particolarmente soggetti a selezione a causa dei problemi di dosaggio genico nei sessi) abbia circa cinque volte meno materiale genetico derivato dai neandertal di quanto osservabile negli altri cromosomi.
Se dovessimo riassumere in una frase il concetto che emerge da questi dati, l'ipotesi è che gli alleli neanderthaliani presenti nei maschi ibridi abbiano portato ad una drastica riduzione di fertilità.
Con il passare delle generazioni la pressione selettiva, volta a favorire i soggetti a maggiore fitness riproduttiva, avrebbe portato a ibridi dotati della minor quantità possibile, a parità di vantaggi generali, di alleli neandertaliani "dannosi". Il fatto che l'equilibrio si sia spostato verso la bassa percentuale di alleli neanderthaliani invece che l'opposto (in fondo era solo l'ibrido "puro" ad avere una minore fitness) è verosimilmente il risultato o di una preferenza per partner "sapiens", voluta o forzata che fosse o di un vantaggio competitivo innegabile per i sapiens.
In entrambi i casi si spiegherebbe la rapida (secondo una scala evolutiva) diluizione del genoma neandertal ma "lento" a sufficienza da permettere la costante presenza di ibridi nella popolazione a svantaggio dei sapiens "puri".
L'evoluzione procede grazie a mutazioni e alla diffusione di queste nella popolazione fino a che un tratto "vantaggioso" emerge e riesce così a fissarsi nella popolazione. Rimanendo in ambito umano le scoperte fatte in questi hanno permesso di disvelare alcuni dei passaggi chiave (molto spesso su geni importanti nella neurogenesi) che hanno accompagnato la separazione degli umani dai primati non umani.
Un esempio tra tutti, la duplicazione del gene SRGAP2B, avvenuta tre volte durante la storia evolutiva del genere Homo e che ha reso possibile l'aumento dimensionale della corteccia cerebrale. Un passaggio che segnò il distacco de facto del genere Homo da quello Australopithecus (vedi questo articolo per approfondimenti)
E infatti oltre ai geni strutturali della cute, nell'articolo pubblicato su Science si legge che tra le regioni ereditate dai neandertal ve ne è una abbastanza ampia che contiene, tra gli altri, il gene FOXP2, fondamentale per l'apprendimento e la capacità linguistica.
FOXP2 è un gene estremamente conservato tra i vertebrati e questo è particolarmente evidente all'interno dei primati. Per capirci la differenza tra la proteina umana e quella nei primati non umani sono solo due aminoacidi. E sappiamo che è sufficiente una sola mutazione in questo gene per generare forti deficit nella capacità comunicativa (casistica estremamente rara ma nota da un punto di vista clinico grazie alla familiarità del difetto). Vedi QUI per ulteriori dettagli.
Pelle chiara, arcata orbitale pronunciata,
questi alcuni dei tratti neanderthaliani
(ricostruzione al computer)
In conclusione i dati ottenuti sembrano indicare che quando si incontrarono gli umani e i neanderthal erano "ai confini della compatibilità biologica", per usare le parole di Reich, " e per questo motivo gli ibridi risultanti hanno sofferto di un elevato tasso di infertilità" (aggiornamenti sul tema in un successivo articolo -->QUI)

Una  domanda allora sorge spontanea. "Quanto erano diversi i sapiens e i neandertal quando si incontrarono"?
Estremizziamo il concetto e immaginiamo di usare una macchina del tempo e di trasportare un Inuit di cent'anni fa (sicuramente non entrato in contatto da millenni con popolazioni diverse) dall'Artico all'Africa equatoriale. La ridottissima capacità di sudare, legata all'essere il risultato della selezione di individui adatti a vivere in ambienti freddi, avrebbe causato non pochi problemi di dissipazione del calore nel clima equatoriale. Se consideriamo che il tempo di separazione tra un inuit e l'antenato che viveva in climi più caldi è inferiore a 5 mila anni possiamo ben immaginare la divergenza (e l'adattamento) a cui era giunto il neandertal in 400 mila anni dalla sua uscita dall'Africa.  
E a seguire "è verosimile che un neandertal e un essere umano si siano accoppiati anche se avevano intrapreso strade evolutive divergenti"?
Sebbene le differenze tra un neandertal e un sapiens siano evidenti a livello morfologico queste differenze non sono tali da rendere evidente la non "umanità".
William Straus, anatomo-paleontologo statunitense della Johns Hopkins University, è l'autore di una frase rimasta celebre
"Se si potesse trasportare un Neanderthal ai giorni nostri e lo si lasciasse nella metropolitana di New York, opportunamente lavato, sbarbato e modernamente vestito, difficilmente verrebbe notato" (da Quarterly Review of Biology, p. 359)
Ovviamente checché ne pensi Strauss sui frequentatori della metropolitana di New York, "non ci sono in giro Neanderthal, quindi non è possibile fare un esperimento di accoppiamento" ha commentato Daven Presgraves, un biologo evoluzionista presso l'Università di Rochester a New York.
Come apparirebbe un Neanderthal in visita al museo omonimo (sito nel luogo di ritrovamento dei primi fossili) in Germania. (©Neanderthal Museum)
Che non ci fossero barriere di aspetto (o di feromoni) sostanziali devono averlo pensato anche i sapiens quando incontrarono i neandertal (o semplicemente non si posero il problema essendo meno "sofisticati" di noi), sta di fatto che è indubbio che siano accoppiati. Alcuni degli ibridi nati da questo incrocio furono abbastanza fortunati da potere contare sui vantaggi associati a ciascuna specie del genere Homo: da parte neandertal la resistenza al freddo, alle infezioni locali e all'aumentata esposizione alle radiazioni ultraviolette (maggiore ad alte latitudini) e dall'altra le migliori capacità intellettive (linguaggio, astrazione, sociali, di adattabilità, etc) che il sapiens aveva evoluto e che di fatto determinarono l'esito della competizione per la stessa nicchia ecologica tra i due Homo.

Come sia scomparso il neandertal è difficile da dire.
Potrebbero essere stati soverchiati numericamente dai sapiens e quindi integrati, essere usciti sconfitti dalla competizione per la stessa nicchia ecologica finendo relegati in aree geografiche sempre più remote oppure essere stati annientati (magari divenendo cibo) dai nostri antenati.
Di sicuro ne è uscito sconfitto dato che la quantità di suo DNA nel nostro genoma è solo del 2%. Partendo dal presupposto che i neanderthal erano maggioritari quando i sapiens arrivarono nei nuovi territori, il fatto che i sapiens abbiano vinto e che si siano portati dietro "solo" il 2% del genoma dei cugini è indicativo dell'esistenza di un qualche fattore che lo ha reso "perdente" nella competizione.
Guardare nel passato è guardare in noi stessi (©Neanderthal Museum)
Entusiasta delle recenti scoperte è Sarah Tishkoff, una genetista di popolazioni presso l'università della Pennsylvania, che afferma "i nuovi sviluppi della genomica ci hanno permesso di capire molto di più [in dieci anni] di quanto sia stato mai possibile fare con la paleontologia". La scoperta dell'Homo denisova ne è l'esempio eclatante.
Nel prossimo futuro sarà possibile ricostruire in dettaglio l'evoluzione umana sfruttando solo il DNA delle popolazioni umane moderne. In particolare sono le popolazioni africane a stuzzicare la curiosità degli antropologi. La scarsità di reperti fossili da cui sia possibile estrarre DNA in Africa ha di fatto rallentato gli studi sulla diffusione dell'Homo sapiens nel continente africano. La comparazione del DNA tra le diverse popolazioni del continente (in particolare di quelle etnie che sono rimaste geograficamente isolate) potrà fornire un valido strumento di analisi e ci permetterà di sollevare il velo sui nostri antenati.

 ***


Fonti
- Resurrecting Surviving Neandertal Lineages from Modern Human Genomes
  Benjamin Vernot, Joshua M. Akey, Science (2014) 343 (6174) 1017-1021
- Modern human genomes reveal our inner Neanderthal
  Nature (2014) 1038
- The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans
  Sriram Sankararaman et al, Nature (2014) 507 (1038) 354–357
- The genetic history of Ice Age Europe
Nature (2016) 534, pp. 200–205



La stagionalità del morbillo ci spiega perché la vaccinazione è fondamentale

In tutto il mondo quasi 4 milioni di bambini sotto i 5 anni muoiono per malattie prevenibili con un "semplice" vaccino

Il vaccino trivalente (©NHS)
 Morire per malattie contagiose non è la risultante di chissà quale fenomeno astrale, ma è una realtà da cui il mondo occidentale si è (o crede) affrancato faticosamente negli ulitmi 100 anni. Il tutto grazie ai vaccini (vedi prevenzione) e agli antibiotici (vedi terapia complicanze batteriche).
Credere di essersi definitivamente affrancati da queste malattie è un errore che troppi commettono, principalmente a causa di una errata comprensione delle dinamiche sottostanti una epidemia. Noi dipendiamo in tutto e per tutto da baluardi sanitari, indispensabili per potere vivere all'interno di aggregati umani ad alta densità. Alta densità equivale infatti a serbatoio di riproduzione di microbi, siano essi specificamente associati al genere umano (il morbillo) o sia il genere Homo un ospite secondario (malaria e influenza).
Qualora venissero a mancare tali baluardi, sia a causa di un masochistico istinto suicida (come definire altrimenti le pulsioni anti vaccino che oggi si amplificano grazie alla rete?) che per oggettivi problemi di efficacia degli antibiotici legati alla diffusione di batteri multi-resistenti (anche questa una conseguenza della faciloneria medica della metà del secolo scorso), si tornerebbe rapidamente a tassi di mortalità pari a quelle che soltanto ieri (al tempo dei nostri nonni) erano una realtà quotidiana.
Oggi per noi il morbillo è solo fastidioso. Altrove
non è così (©tantasalute.it)
Basterebbe ricordare a questo proposito il tasso di mortalità infantile nei primi decenni del '900 pari a circa il 15% entro il primo anno di età e di poco inferiore nei primi quattro anni. Mortalità dovuta in larga parte a malattie infettive, tra cui spiccano, sorpresa-sorpresa, il morbillo, la tubercolosi e la difterite (per ulteriori dettagli vedi pdf in questo link).

Proprio il morbillo, una malattia sottovalutata, contro il cui vaccino esistono ancora in rete molte leggende sul suo legame (FALSO) con l'autismo. Vedi qui per dettagli ulteriori.

E' chiaro che le componenti alla base di una epidemia sono molteplici: dalla tipologia del microbo (il morbillo è tra i virus più infettivi in uomo) alla densità di popolazione; dalla scarsa alimentazione alle condizioni igieniche.
Tuttavia una cosa possiamo dire in totale sicurezza. Escludendo le malattie derivanti da contaminazioni oro-fecali su cui molto si può fare a livello preventivo, ben poco si può fare (in assenza di vaccini adeguati) contro altre epidemie a diffusione aerea. Come spiegato in un precedente articolo, perchè si passi da focolaio ad epidemia vera e propria è necessario che nella società ci siano un numero sufficienti di soggetti sensibili alla malattia. Per intenderci, di morbillo ci si ammala anche se si è ben nutriti (fungendo poi da serbatoio della malattia); nutrizione e cure adeguate servono principalmente ad evitare le complicanze associate. E' poco noto al di fuori degli addetti ai lavori, che il virus del morbillo ha una notevole attività immunosoppressiva, fatto che rende il malato facile preda di microbi opportunisti.
Per constrastare la malattia, soprattutto in quelle aree in cui la sanità e l'alimentazione corretta sono un lusso, è quindi fondamentale minimizzare il numero di soggetti sensibili.
Per fare questo l'unica strada è il vaccino. Non vaccinarsi è quindi un atto che danneggia non solo se stessi ma la società nel suo complesso.

Ribadiamo allora i due concetti chiave:
  • senza vaccini il rischio di esito fatale/complicanze gravi per la malattia è reale. Un azzardo poco sensato dato che esistono vaccini adeguati. Perfino il poco efficace vaccino anti-influenzale (a causa della estrema variabilità del virus) è fondamentale per certe categorie a rischio.
  • Se non si raggiunge un certo livello di copertura la possibilità di eradicare una  malattia infettiva diventa nulla. Non vaccinarsi mette a rischio se stessi, i soggetti deboli che non possono essere vaccinati (ad esempio gli immunodepressi) e si danneggiano le generazioni future impendendo la eradicazione di patogeni letali come il vaiolo. Un esempio quello del vaiolo non casuale dato che è l'esempio di un virus cancellato dalla faccia della Terra grazie ad un massiccio programma mondiale durato pochi decenni.
Proprio sul tema sopra riassunto si sono concentrati gli sforzi di due dottorandi, Micaela Martinez-Bakker e Kevin Bakker, della università del Michigan - Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica, il cui lavoro si è concentrato sui meccanismi di diffusione del morbillo nell'Africa centro-occidentale.
Il concetto base del loro lavoro è riassunto in questa frase, "se hai un sacco di erba secca la probabilità che da una piccola scintilla si generi un fuoco senza controllo, in grado di causare problemi anche alle zone umide, è molto elevata".
Questo paragone rappresenta bene la situazione del morbillo che riassume in se tre aspetti importanti:
  • ha picchi stagionali facilmente prevedibili, 
  • ha un altissima infettività 
  • esiste un vaccino perfettamente funzionante e in grado di garantire immunità duratura.
Poichè una volta guariti dal morbillo l'immunità dura tutta vita, gli unici soggetti sensibili sono i soggetti mai venuti in contatto con il virus. Nel caso di un virus così infettivo questi soggetti sono i bambini nati tra una epidemia e l'altra. Se nella zona in esame il numero di bambini suscettibili è sufficiente (e nel caso del morbillo vuol dire anche solo meno del 10% della popolazione), questi agiranno come la l'erba secca in grado di diffondere in un lampo l'epidemia.
La stagionalità della malattia è facilmente osservabile in Africa ed è legata alle migrazioni da e verso la campagna nelle diverse stagioni. Durante tali spostamenti i centri abitati subiscono una drastica variazione di densità: molto bassa durante la stagione della raccolta (stagione secca) e alta quando il ritorno dalle campagne (stagione delle pioggie) porta ad un accumulo di persone nei centri abitati, soprattutto nelle scuole che diventano così dei veri nuclei di combustione" da cui scaturisce la scintilla infettiva. Se a questo si associa il fatto che le nascite hanno un picco durante la stagione delle pioggie si capisce come da questo fenomeno sociale e dal rifiuto delle vaccinazioni che ha colpito anche queste zone, la possibilità che compaia una epidemia diviene praticamente una certezza.

I dati, estremizzati nei paesi subsahariani a causa di una serie di fattori aggravanti, sono validi anche per i paesi occidentali. Il lavoro dei due dottorandi si è focalizzato sull'incrocio dei dati epidemiologici degli ultimi 78 anni. Dall'analisi è risultato evidente l'impatto positivo del vaccino contro il morbillo con la riduzione dei casi da epidemie vere e proprie a focolai autolimitanti (vedi il PDF di cui sopra).
L'analisi al computer ha dimostrato che un semplice abbassamento del 10% dei vaccinati farebbe ricomparire epidemie annuali (come visto negli USA) i cui bersagli sarebbero principalmente le nuove generazioni (i soggetti sensibili in quanto non vaccinati ne esposti in precedenza al virus).

Il lavoro dei due dottorandi è utile in quanto ha fornito nuove informazioni per incentivare la massiccia campagna di vaccinazione promossa dall'OMS per morbillo e polio nei paesi a rischio.
Le campagne promosse dal WHO hanno dato risultati. Impediamo che venga tutto buttato nel cestino (©WHO)

E' importante inoltre ricordare che nuovi focolai per altre malattie si trovano proprio ai confini dell'Europa. Come descritto in un recente articolo su Nature, i casi di polio registrati in nord africa e nel medio oriente, zone da cui provengono i massicci flussi migratori odierni, hanno cominciato a ricomparire anche in Europa, in zone in cui queste malattie erano praticamente scomparse (altri dettagli qui).
Non è proprio il momento di abbassare la guardia. La salute non è un dato scontato.

(articolo successivo sul tema "epidemie di morbillo e prevenzione" QUI).

Fonti
- World Health Organization
  Morbillo (eng)
- Unvaccinated infants act as 'kindling' to fuel epidemics
University of Michigan, news

Wikipedia bloccato in Turchia

Wikipedia bloccato in Turchia
Un'altra prova di quello che è la Turchia oggi e del pericolo che rappresenta per l'Europa e le sue libertà

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