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Che cos’è un retrovirus?

Il fiocco rosso, simbolo della lotta all’AIDS

Il primo dicembre, come ogni anno, si svolge la giornata mondiale per la lotta all’AIDS.

La sindrome da immunodeficienza acquisita è una malattia pandemica (che colpisce più aree geografiche in tutto il Mondo) che, ad oggi, ha contagiato più di 60 milioni di persone provocando 25 milioni di morti.

Questa patologia, riconosciuta ufficialmente nel 1981, colpisce il sistema immunitario rendendolo debole ed inefficiente. Le persone colpite sono in questo modo esposte a infezioni e patologie (tra cui anche tumori) che in genere verrebbero sconfitte da un normale sistema immunitario.

L’AIDS è provocata dal virus dell’immunodeficienza umana (HIV) derivato dal virus dell’immunodeficienza delle scimmie (SIV). Questo virus, trasmissibile per via sessuale, ematica o verticale (madre-figlio), si insinua nell’organismo ospite e attacca le cellule ricche di un particolare recettore chiamato CD4.

Nell’organismo umano le cellule che esprimono maggiormente il recettore CD4 sono i linfociti CD4+ del sistema immunitario. Questi linfociti hanno il ruolo fondamentale di coordinatori (o “direttori d’orchestra”) in quanto sono responsabili del reclutamento di diverse componenti del sistema immunitario a seconda del tipo di infezione che il corpo è chiamato a fronteggiare. Un numero inopportuno di linfociti CD4+ indebolisce tutto il sistema di difesa esponendo l’intero organismo agli attacchi degli agenti patogeni.

Linfocita al microscopio elettronico a scansione (Wikipedia)

I linfociti CD4+ sono il bersaglio principale del virus HIV ma, all’interno del corpo umano, si trovano altre cellule attaccabili dal virus in quanto dotate di recettore CD4. Tra queste cellule ci sono altre cellule del sistema immunitario come i linfociti B e linfociti T-CD8+, i precursori delle cellule del sangue, cellule dei vasi sanguigni, del sistema nervoso e delle pareti intestinali

Spesso si sente definire l’AIDS come malattia retrovirale e l’HIV come retrovirus. Ma cosa significa esattamente questo termine?

Virus e retrovirus….

Prima di tutto cerchiamo di definire cosa sia esattamente un virus.

Il termine virus deriva dal latino vīrus che significa “tossina, veleno”. Un virus è formato, in grosso modo, da una capsula che avvolge un genoma formato da pochi geni. Un virus in genere infetta una cellula iniettandovi il proprio genoma. Una volta all’interno della cellula questi pochi geni sequestrano i macchinari di replicazione della cellula stessa. In questo modo il virus si replica formando copie di se stesso che abbandonano la cellula uccidendola. I nuovi virus così formati potranno infettare (e uccidere) altre cellula e così via. Per la sua semplicità strutturale e per la sua incapacità a replicarsi in modo autonomo un virus viene definito come entità biologica e non come organismo vivente (se un virus sia effettivamente vivente o meno è ancora oggetto di discussione).

Definita brevemente la natura di un virus passiamo ora al secondo concetto fondamentale per capire il termine “retrovirus”: Il Dogma Centrale della Biologia Molecolare o Central Dogma (se chi legge è un fan di Neon Genesis Evangelion questo termine farà suonare più di un campanello).

Nel manga/anime Neon Genesis Evangelion il Central Dogma era il centro di comando del quartier generale della Nerv.

Il Dogma Centrale si riferisce al sistema tramite il quale l’informazione genetica contenuta nel DNA viene espressa in proteine funzionanti (e quindi in interi organismi viventi). Il Dogma prevede che l’informazione contenuta nella catena a doppia elica del DNA venga trascritta in RNA messaggero a singola elica il quale viene tradotto in proteine.

Schematizzazione del Dogma Centrale. Il DNA (che si autoreplica) viene trascritto in RNA tramite la trascrizione. l’RNA viene quindi tradotto in proteine tramite la traduzione.

Nonostante il nome, però, il Dogma Centrale è ben lontano dall’essere una regola assoluta ed inviolabile (come del resto tutto nella Scienza, e questo è il bello!). Esistono infatti numerosi casi di violazione del Dogma e i retrovirus ne sono un esempio.

I retrovirus sono caratterizzati da un genoma formato da RNA invece che DNA. La capsula del retrovirus, una volta all’interno della cellula infettata, libera alcune molecole di un enzima particolare chiamato retrotrascrittasi inversa.

Questo enzima è in grado di violare il Dogma percorrendo al contrario il primo passaggio del Dogma stesso, la trascrizione da DNA a RNA messaggero.

La retrotrascrittasi, infatti, retrotrascrive il genoma ad RNA del virus in DNA. Questo DNA virale retrotrascritto viene quindi incorporato nel genoma della cellula colpita che inizierà ad esprimere le proteine virali come se nulla fosse.

In questo modo il retrovirus piega i meccanismi di replicazione della cellula ai propri voleri. La cellula infettata diventerà una vera e propria fabbrica di produzione e assemblaggio dei virus i quali, una volta formati, abbandoneranno la cellula distruggendone la membrana provocandone così la morte.

Retrovirus HIV-1 (in verde) che abbandonano un linfocita morente gemmando dalla sua superficie (Wikipedia)

Il sistema terribile quanto ingegnoso garantisce prosperità al virus che può crescere ed espandersi fino a diventare una vera e propria epidemia.

Nonostante tutto la lotta all’AIDS continua e le buone notizie non mancano. Pur non esistendo ancora un vaccino o una cura definitiva, l’infenzione è in calo. Il Progamma per la lotta all’AIDS delle Nazioni Unite (UNAIDS), infatti, riporta una riduzione del 52% di nuove infezioni nei bambini e una riduzione globale tra adulti e bambini del 33% dal 2001 ad oggi.

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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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