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Archivi tag: ingegneria genetica

A cosa servono le zanzare?

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Arriva l’estate (pioggia permettendo) e con essa tornano le odiate zanzare. Dalle punture al fastidioso ronzio fino alle terribili malattie che questo insetto contribuisce a diffondere, è molto difficile, se non impossibile, trovare qualcuno che ami le zanzare o le trovi in qualche modo utili. Le zanzare appartengono a quella categoria di animali in grado di far vacillare i principi morali del più convinto degli animalisti o la fede del più fervente dei credenti. Se esiste un dio buono e misericordioso, perché ha creato le zanzare?

Riflessioni teologiche e animaliste a parte, la zanzara, oltre ad essere estremamente fastidiosa, è uno degli animali più pericolosi del mondo. Per essere precisi la zanzara occupa il primo posto nella classifica degli animali più mortali per l’uomo. Le malattie che questo insetto contribuisce a diffondere includono la malaria, la febbre gialla, la febbre dengue e la febbre da virus Zika. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità queste patologie colpiscono centinaia di milioni di esseri umani in tutto il mondo ogni anno, causando la morte di diverse milioni di individui.

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Aedes aegypti, responsabile della diffusione della febbre gialla, dello Zika virus, delle febbre dengue e di altre malattie i cui morti si contano a milioni ogni anno.

Ma esiste una qualche utilità in questi terribili insetti? Qual è il ruolo delle zanzare all’interno degli ecosistemi?

Il nostro pianeta conosce le zanzare da più di 100 milioni di anni (chi si ricorda la zanzara imprigionata in una goccia d’ambra in Jurassic Park?). Il loro habitat non ha confini, tanto che nemmeno la tundra artica di Canada e Russia è al sicuro dalle loro punture. Al giorno d’oggi sono state descritte più di 3500 specie di zanzare differenti, di cui solo 200 pungono gli esseri umani. Tra queste ultime è importante sottolineare che solo le femmine di zanzare, che necessitano di proteine per produrre le uova, pungono e succhiano il sangue. E qui arriviamo al primo ruolo utile delle zanzare in natura, quello di impollinazione dei fiori. L’alimento principale delle zanzare adulte, infatti, non è il sangue ma bensì il nettare dei fiori. Volando da una pianta all’altra contribuiscono alla diffusione del polline in modo simile alle api.

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John Hammond (al secolo l’attore Richard Attenborough)  rimira una zanzara imprigionata nell’ambra nel film Jurassic Park del 1993, diretto da Steven Spielberg

Un secondo contributo delle zanzare agli ecosistemi è quello di fornire biomassa alla catena alimentare di numerose specie. Le larve delle zanzare vivono in acqua dove si nutrono di materiale organico come alghe unicellulari e piante. Crescendo diventano facili prede per diversi tipi di pesci e, una volta completata la metamorfosi, le zanzare adulte sono un facile banchetto per uccelli e pipistrelli.

Questi sono quindi i “ruoli” principali delle zanzare in natura. Ma bastano a dare alle zanzare una parvenza di utilità? In un articolo comparso su Nature nel 2010 si prova ad immaginare un mondo senza zanzare e le opinioni degli specialisti riguardo ad un simile scenario sono differenti. Secondo alcuni l’estinzione delle zanzare avrebbe un impatto minimo in quanto la cicatrice ecologica lasciata verrebbe risanata velocemente mentre i ruoli (ad esempio l’impollinazione dei fiori) verrebbero rilevati da altri insetti, magari meno fastidiosi e pericolosi. Per altri, invece, il danno sarebbe ingente mettendo a rischio la sopravvivenza di numerose specie animali e vegetali che nelle zanzare trovano una sicura fonte di cibo e trasporto di polline.

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Larve di zanzara che fluttuano in prossimità della superficie dell’acqua. Si possono notare i sifoni puntati verso l’alto grazie ai quali possono sopravvivere respirando aria.

Quel che è certo è che bisogna intervenire per prevenire i milioni di morti fatti ogni anno dalle zanzare. In tal senso un metodo che si sta rivelando molto efficace nel prevenire la diffusione di malattie mortali consiste nel liberare in natura zanzare geneticamente ingegnerizzate. Queste zanzare chiamate OX513A sono in grado di riprodursi, ma la loro progenie risulta sempre sterile. In questo modo la popolazione di zanzare nelle aree più colpite è calata drasticamente, riducendo così anche il contagio. L’approccio dell’ingegneria genetica, tra l’altro, è più sicuro e sostenibile di qualsiasi altro vecchio metodo in quanto permette di colpire solamente una determinata specie di zanzara, evitando la dispersione di insettici nell’ambiente che potrebbe nuocere ad altri animali e all’uomo stesso.

La riduzione della popolazione delle specie di zanzare vettori di malattie è quindi un obiettivo più che condivisibile ed auspicabile. Per le altre specie di zanzare, invece, dovremo continuare a sopportare il loro ronzio e le loro punture, per il bene degli ecosistemi che, purtroppo, dipendono da questi noiosi insetti.

Per ulteriori approfondimenti vi consiglio di visitare QUESTO sito e di guardare QUESTA interessante TED talk.

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Perché le banane non hanno semi?

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La banana è uno dei frutti più diffusi e consumati dall’uomo. Domesticata originariamente nella Papua Nuova Guinea, oggi viene coltivata in più di 107 differenti paesi (India in testa) con una produzione globale che supera ampiamente i 100 milioni di tonnellate all’anno.

Ma vi siete mai chiesti come mai le banane non hanno semi? E se non hanno semi, come si riproducono?

La risposta è semplice ma forse non troppo immediata. Per poter capire il mistero che si cela dietro questa falsa bacca della famiglia delle Musaceae dobbiamo introdurre il concetto di ploidia.

In genetica con il termine ploidia si indica il numero delle serie di cromosomi presenti all’interno di una cellula. Prendiamo come esempio l’uomo. Sappiamo che ciascuna nostra cellula somatica (ovvero una qualsiasi cellula che non sia uno spermatozoo o un ovulo) ha 46 cromosomi, 23 ereditati dal padre e 23 dalla madre.

Quinidi abbiamo due serie di cromosomi omologhi e possiamo definirci organismi diploidi o 2N.

I 46 cromosomi umani organizzati in 23 coppie (due serie di cromosomi omologhi)

I 46 cromosomi umani organizzati in 23 coppie (due serie di cromosomi omologhi). I cromosomi X e Y formano la coppia numero 23.

I nostri gameti invece (spermatozoi e ovuli) sono aploidi  (1N) in quanto hanno una sola serie di 23 cromosomi. Unendosi ad un gamete del sesso opposto formeranno una cellula somatica con 46 cromosomi.

In genere numeri pari di ploidia sono ben tollerati dagli organismi e si parla di euploidia (buona ploidia), mentre i numeri dispari sono difficilmente gestibili nella riproduzione binaria di una cellula e in questo caso di parla di aneuploidia.

Anche le banane, in quanto organismi viventi, hanno cellule contenenti cromosomi e anche in questo caso un numero pari di serie di cromosomi è ben tollerato. Una banana diploide (2N) può produrre gameti aploidi (1N), una banana tetraploide (4N) produrrà gameti diploidi (2N), e così via.

Le banane che mangiamo tutti i giorni, invece, sono triploidi (3N) in quanto derivano dall’incrocio tra una banana 4N e una 2N. Come detto sopra un numero dispari di ploidia è difficile da gestire durante la riproduzione. Per questo motivo le banane 3N non riescono a produrre gameti bilanciati e risultano sterili e prive di semi

Ma se sono sterili e senza semi, come si possono riprodurre?

Semplice, per riproduzione asessuata. Quando un banano viene abbattutto per la raccolta dei suoi frutti un suo pollone radicale (nuove piante che si sviluppano dalle radici delle pianta madre) viene ripiantato per far nascere un nuovo banano che darà nuovi frutti.

Questo significa che le banane che mangiamo sono tutte cloni della stessa banana!

Tutte le banane che mangiamo appartengon infatti alla varietà Cavendish ed essendo prodotte senza incroci sono tutte geneticamente molto simili tra loro. Una bassa variabilità genetica comporta un’elevata vulnerabilità agli agenti patogeni. La mancanza di incroci, infatti, limita la diffusione di geni di resistenza che possono proteggere da attacchi di agenti patogeni come virus o funghi.

La banana Cavendish. La maggiormente diffusa nel commercio mondiale.

La vulnerabilità delle banane non è un concetto puramente teorico. Fino agli anni 50, infatti, a dominare il mercato mondiale era la varietà Gros Michel, la quale però fu quasi portata all’estinzione da un fungo che distrusse tutte le coltivazioni mondiali (risparmiando solo parte dell’Asia).

La Gros Michel fu quindi soppiantata dalla Cavendish che mangiamo oggi, ma anch’essa potrebbe estinguersi in pochi anni per via di nuovi funghi e nuove malattie.

Ricercatori in tutto il mondo stanno tentando di salvare la Cavendish e la produzione mondiale di banane attraverso le moderne tecniche di ingegneria genetica (come ho spiegato in un altro POST gli OGM sono solo una tecnica, che, come un questo caso, può essere usata in modo utile e costruttivo).

Curiosità: le banane sono naturalmente lievemente radioattive in quanto ricche di potassio (niente di pericoloso, molti cibi sono lievemente radioattivi). La dose equivalente ad una banana è un’unità di misura che esprime la quantità di radiazioni assorbite. Per fare un esempio l’esposizione alle radiazioni della popolazione italiana nei 10 anni successivi al disastro di Chernobyl è stimata intorno alle 11,5 banane al giorno.

[IMPORTANTE NOTA INTEGRATIVA: In seguito ad un commento lasciato da un lettore, che ringrazio, ho deciso di integrare questo post con informazioni che, per mia ignoranza, erano state escluse dal post originale. Le banane vengono generalmente colte acerbe ed il processo di maturazione una volta staccate è in realtà una decomposizione che aumenta la concentrazione di zuccheri nel frutto e rende il frutto mangiabile. Se la banana viene lasciata a lungo sulla pianta l’effettivo processo di maturazione può portare alla formazione di piccoli semi vestigiali (visibili nella banana come file di fini grani neri). Questi sono sterili e sono residui dei semi delle piante ancestrali dalle quali la banana moderna discende. Potete approfondire ulteriormente l’argomento in articoli dedicati alla selezione delle banane moderne QUI e QUI.]

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Perché le cipolle fanno piangere?

“Peeling onions” di Lilly Master Spencer, ca 1852.

La scorsa settimana sono stati assegnati i premi IgNobel 2013 dedicati alle ricerche più bizzarre e imbrobabili (ma non per questo meno utili o interessanti).  In questa edizione troviamo, per esempio, il premio per la psicologia dato ad una ricerca che ha dimostrato che gli individui che pensano di essere ubriachi ritengono anche di essere più attraenti o un premio per la fisica ad una ricerca tutta italiana che ha dimostrato come sulla Luna si potrebbe camminare sull’acqua (per godervi tutte le categorie date un’occhiata QUI).

Tra tutti i premi spicca secondo me il premio per la chimica assegnato al giapponese Shinsuke Imai (che ritroveremo più avanti in questo post) che ha scoperto e descritto i meccanismi molecolari alla base delle lacrime indotte dal taglio delle cipolle. Chi come me ama cucinare conoscerà fin troppo bene di quale calvario stiamo parlando…

A parte trovare cibo ammuffito nella dispensa o in frigorifero non credo ci sia niente di più fastidioso in cucina del bruciore e delle lacrime generate dalle cipolle affettate.

Ma a che cosa è dovuto questo fenomeno?

La ricerca del Dr Imai, pubblicata su Nature nel 2002 (alla faccia della ricerca improbabile…), svela il meccanismo in modo esaustivo e puntuale:

All’intero delle cellule dei bulbi della cipolla (Allium cepa) si trova un enzima chiamato allinasi.

Questo enzima fa parte dell’ingegnoso quanto efficace sistema di difesa che queste piante hanno evoluto per proteggersi dai predatori erbivori. Quando il bulbo della cipolla viene danneggiato (morso o affettato) le cellule che lo compongono si rompono liberando l’allinasi contenuta al loro interno.

Quando l’enzima entra in contatto con le molecole di 1-PRENSCO (da 1-propenyl cysteine sulfoxide, il principale solfossido della cipolla e derivato dall’aminoacido cisteina) viene catalizzata la reazione chimica che porta alla produzione di ammoniaca, acido piruvico e acidi solfenici come l’acido 1-propenilsolfenico.

A questo punto le molecole di acido 1-propenilsolfenico vengono catturate da un secondo enzima chiamato Lachrymatory-Factor Synthase che produce il fattore di lacrimazione sin-propanethial-S-ossido.

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Schema della reazioni chimiche conseguenti al taglio di una cipolla. Immagine tratta da Imai S et al. “Plant biochemistry: an onion enzyme that makes the eyes water”, Nature 2002

Quest’ultimo è un composto volatile che si disperde nell’aria e come gas arriva al film lacrimale (lo strato acquoso che umetta il bulbo oculare). Qui, reagendo con l’acqua, si trasforma in acido solforico, un composto notoriamente irritante.

L’occhio, attaccato da una nuvola di acido solforico, cerca disperatamente di difendersi dall’irritazione aumentando la produzione di liquido lacrimale e tentando di disperdere l’acido tramite le lacrime. 

Ma come possiamo evitare di essere messi KO da una cipolla?

I metodi più classici consistono nel tagliare la cipolla sotto l’acqua corrente per limitare la volatilità del fattore lacrimale o nel raffreddare la cipolla in frigorifero alterandone la chimica e rallentandone le reazioni enzimatiche. Ma si possono sempre sperimentare metodi originali come questo:

Un metodo efficace per proteggersi dai composti volatili della cipolla.

Aldilà di metodi più o meno fantasiosi anche in questo caso la Scienza può venirci incontro salvandoci dalla minaccia di questi terribili bulbi.

Nel 2008, infatti, il team del Dr Colin Eady del Crop & Food Research Institute  in Nuova Zelanda ha sviluppato una varietà di cipolla geneticamente ingegnerizzata per produrre meno Lachrymatory-Factor Synthase. I ricercatori, utilizzando la tecnica dell’RNAinterference (RNAi), hanno silenziato il gene responsabile della sintesi dell’enzima producendo così una cipolla incapace di liberare il fattore lacrimale in seguito ad un danneggiamento del bulbo.

Per coloro che mal digeriscono l’ingegneria genetica esiste comunque una varietà di cipolla dolce chiamata Vidalia la quale viene solitamente coltivata in terreni poveri di zolfo. Questo fatto limita la produzione e l’accumulo di composti solforosi all’interno dei bulbi e le cipolle Vidalia, una volta tagliate, liberano un quantitativo ridotto di fattore lacrimale.

La lotta contro le cipolle sembra quindi una delle grandi sfide dell’uomo alla Natura. In ogni caso, non prendetevela troppo la prossima volta che piangerete tagliando una cipolla, del resto sta solo cercando di non essere mangiata, o no?

Cipolle sadiche, ti fanno piangere… e gli piace…

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