Un meccanismo che potrebbe portare a cure per ictus e infarti?
Gli eterocefali glabri possono sopravvivere senza ossigeno: diventano come le piante (VIDEO)
Un altro superpotere di questi incredibili animali: dopo 18 minuti senza ossigeno “risorgono”
[21 Aprile 2017]
Gli eterocefali glabri o talpe senza pelo (Heterocephalus glaber) non certo gli animali più belli del mondo e fanno una vita sotterranea che sembra più quella delle termiti che di una colonia di mammiferi, ma sono sicuramente i supereroi degli animali da laboratorio e ora i ricercatori ha scoperto che hanno un altro loro superpotere: gli eterocefali glabri possono sopravvivere più di 18 minuti senza ossigeno. Secondo lo studio “Fructose-driven glycolysis supports anoxia resistance in the naked mole-rat” che il team di scienziati ha pubblicato su Science, le talpe senza pelo ci riescono metabolizzando il fruttosio come fanno le piante, quindi, passando dall’utilizzo di un carburante all’altro, «Capire come gli animali fanno questo potrebbe portare a trattamenti per i pazienti affetti da crisi di privazione di ossigeno, come negli attacchi di cuore e ictus», sottolineano i ricercatori.
Thomas Park, che insegna scienze biologiche all’università dell’Illinois – Chicago, che ha guidato un team internazionale di ricercatori provenienti anche dal Delbrück Institute di Berlino e dall’università sudafricana di Pretoria e dall’università britannica di Cambridge, sottolinea che «Questo è solo l’ultimo notevole scoperta sulla talpa senza pelo: un mammifero a sangue freddo che vive per decenni in più degli altri roditori, raramente si ammala di cancro e non sente molti tipi di dolore».
Negli esseri umani, nei topi di laboratorio e in tutti gli altri mammiferi conosciuti, quando le cellule cerebrali sono affamate di ossigeno e a corto di energia e cominciano a morire. Ma gli eterocefali glabri sono in grado di fare un backup: delle loro cellule cerebrali e iniziano a bruciare fruttosio, che produce energia in condizioni anaerobiche attraverso un percorso metabolico che è utilizzato solo dalle piante, o almeno così pensavano gli scienziati.
Durante lo studio finanziato da National science foundation Usa, European research council, Deutsche Forschungsgemeinschaft e National Institutes of Health, i ricercatori hanno esposto le talpe senza pelo a condizioni di scarsità di ossigeno in laboratorio e hanno scoperto che liberano grandi quantità di fruttosio nel flusso sanguigno. Il fruttosio che gli scienziati hanno scoperto viene trasportato nelle cellule cerebrali da pompe molecolari di fruttosio che in tutti gli altri mammiferi si trovano solo sulle cellule dell’intestino.
Park, che studia da 18 anni questa incredibile specie, spiega ancora: «La talpa senza pelo ha semplicemente riarrangiato alcuni building-block del metabolismo di base per renderli super-tolleranti a condizioni di scarsità di ossigeno. A livelli di ossigeno abbastanza bassi per uccidere un essere umano in pochi minuti, le talpe senza pelo possono sopravvivere per almeno cinque ore. Entrano in uno stato di animazione sospesa, riducendo il loro movimenti e rallentando drasticamente i loro battiti e la frequenza respiratoria per risparmiare energia. E cominciano a utilizzare il fruttosio fino a che l’ossigeno è nuovamente disponibile». Gli scienziati hanno anche dimostrato che le talpe senza pelo sono immuni da un’altra conseguenza mortale dello scarso ossigeno: l’edema polmonare, l’accumulo di liquido nei polmoni, che affligge gli alpinisti in alta quota.
I ricercatori pensano che l’insolito metabolismo degli eterocefali glabri sia un adattamento per vivere nelle loro tane sotterranee dove l’ossigeno scarseggia, visto che, a differenza di altri mammiferi sotterranei, gli Heterocephalus glaber vivono in condizioni di iper-affollamento, insieme a anche a 300 compagni di colonia. Con così tanti animali che vivono insieme dentro cunicoli non ventilate il rifornimento di ossigeno si esaurisce presto.
Per scoprire di quanto poco ossigeno abbiano bisogno gli eterocefali glabri, Park, e Gary Lewin, un fisiologo del Delbrück Institute hanno messo delle talpe senza pelo e dei topi in una camera priva di ossigeno: i topi sono morti in meno di un minuto, gli eterocefali glabri sono sopravvissuti mentre il loro battito cardiaco rallentava da 200 a 50 battiti al minuto, poi sono “svenuti”. Ma anche dopo essere stati 18 minuti senza ossigeno, sono “reuscitati” come se nulla fosse, recuperando completamente, quando sono stati riportati all’aria aperta. L’eterocefalo glabro è l’unico mammifero conosciuto ad utilizzare l’animazione sospesa per sopravvivere in privazione di ossigeno
Science spiega che «Il trucco può avere a che fare con il modo in cui le talpe senza pelo metabolizzano lo zucchero. Gli esseri umani e gli altri mammiferi abbattono il glucosio in zucchero per produrre energia in un processo multistep chiamato glicolisi. Questo processo richiede ossigeno; senza di esso c’è un accumulo di sottoprodotti quali il lattato che inibiscono i primi passi della glicolisi e cessa la produzione di energia. Le riserve di energia vengono rapidamente esaurite, in particolare nel cervello, e le cellule cominciano a morire.
La ricerca sui cambiamenti chimici negli eterocefali glabri in assenza di ossigeno ha permesso di scoprire nel loro sangue a livelli nettamente più alti di due zuccheri: fruttosio e saccarosio (una molecola costituita da fruttosio e glucosio) e che rispetto ad altri mammiferi hanno anche livelli corporei più alti sia di GLUT5 – una molecola che trasporta il fruttosio nelle cellule – che di un enzima che converte il fruttosio in una forma che può partecipare alla glicolisi. Lewin fa notare che «Tutto questo insieme, permette alle talpe senza pelo di usare il fruttosio come combustibile al posto del glucosio in assenza di ossigeno». Dato che il fruttosio entra nella glicolisi in una fase successiva, la produzione di energia può andare avanti anche se non è presente l’ossigeno e vengono bloccati i primi passi della glicolisi. Secondo McClelland, «Anche i pesci o le tartarughe che possono sopravvivere per lunghi periodi senza ossigeno non hanno modificato la glicolisi in questo modo. E’ un grande esempio di evoluzione che per le stesse sfide ambientali ha trovato soluzioni diverse o simili».
Rochelle Buffenstein,una biologa della research company Calico, ex membro del Google board member Arthur Levinson fondato per combattere l’invecchiamento, dice di essere affascinata dall’interruttore glucosio- fruttosio trovato negli eterocefali glabri, che anche lei studia da più di 30 anni, ma che riescono sempre a sorprenderla. «I ricercatori dovrebbero iniziare a guardare se altri animali in ambienti con basso ossigeno si sono evoluti per utilizzare il fruttosio in questo modo – dice su Science – Là fuori c’’è un intero mondo di meravigliose e folli creature».
Ma, sempre su Science, Göran Erik Nilsson, un fisiologo dell’università di Oslo, mette in guardia: «Eppure, non è chiaro quanto il passaggio al fruttosio sia importante per la sopravvivenza degli animali. Svolgono un ruolo altri meccanismi, come il rallentamento del metabolismo, così come la temperatura corporea insolitamente bassa nelle talpe senza pelo: 30° C freschi».
Ma il team di ricerca internazionale è convinto che una migliore comprensione di come gli eterocefali glabri commutano l’energia sia la chiave per poter utilizzare queste scoperte per aiutare gli esseri umani: «Nel corso di un ictus o un attacco di cuore, per esempio, il flusso di ossigeno al cervello viene interrotto e le cellule cerebrali cominciano a morire in pochi minuti – dice Park – Se potessimo attivare il percorso del fruttosio, potremmo estendere in modo significativo quel lasso di tempo».
La Buffenstein conclude: «Sono molto eccitata per questo lavoro. Non vedo l’ora di vedere cosa succederà dopo».