Biosproject

FUSIONE MEMBRANA SPERMATOZOO.-CELLULA UOVO ...E QUALCHE ALTRA INFORMAZIONE SULLA POLISPERMIA

2012-01-11T06:16:00.000-08:00

Ecco il primo post di Biosproject del 2012, si lo so sono un poco in ritardo, sono passati una decina di giorni dall'inizio dell'anno; ma volevo organizzarmi bene, i buoni propositi per il blog sono tanti, speriamo di rispettarli.

Da oggi a domenica, vorrei proporvi una serie di post con il quale concludere il discorso della fecondazione iniziato qualche post fa.

Nell'ultimo post riguardande la fecondazione avevo accennato ad alcuni processi che impediscono qualsiasi fecondazione secondaria (inibizione della polispermia), prima di questo avevo solo accennato brevemente a come si verifica la fusione tra membrane plasmatiche dello spermatozoo e della cellula uovo.

Il legame dello spermatozoo con la cellula uovo induce in quest'ultima la polimerizzazione delle molecole di actina che porteranno alla formazione di una struttura nota come cono di fecondazione. Vi è un omologia in questo tra spermatozoo e uovo in quanto anche nello spermatozoo la formazione del processo digitiforme (processo acrosomico) è mediato da actina. L'azione congiunta del processo acrosomico e del cono di fecondazione porterà alla formazione di un vero e proprio ponte citoplasmatico che favorirà l'ingresso dello spermatozoo nella cellula uovo.

In organismi come il riccio di mare la fusione tra spermatozoo e cellula uovo può avvenire in tutte le regioni della membrana della cellula uovo, mentre in altre specie, tipo i mammiferi, la fusione sembra avvenire in particolari porzioni della membrana cellulare. Nel riccio di mare sembra che un ruolo importante nella fusione cone la cellula uovo sia determinato sempre dalla bindina, la quale nell'estremità amminoterminale sembra avere un lungo tratto di amminoacidi idrofobici che permettano la fusione con la membrana.

Fusione dei gameti che è strettamente correlato con l'attivazione della cellula uovo.

Ancora sul blocco rapido alla polispermia..

Nel post sull'inibizione della polispermia avevamo visto come l'introduzione di ioni sodio all'iterno dell'ambiente della cellula uovo determinasse un cambiamento del potenziale di membrana che impediva ad altri spermatozooi, dopo l'avvenuta fusione con il primo, di interagire e fecondare ancora la cellula uovo.

Questo ingresso di ioni sodio al primo contatto con lo spermatozoo sembra essere dovuto ad un particolare gruppo di recettori per l'acetilcolina nella membrana dell'uovo. In particolar modo Chambers (1997) ha dimostrato che questi recettori sembrano essere molto simili se non identici a quelli presenti nella placca motrice della membrana neuromuscolare.

Più recentemente è stato dimostrato che l'acrosoma di ricci di mare possiedono enzimi nori come colino-acetiltransferasi, gli enzim coinvolti nella sintesi dell'acetilcolina.

Il flusso di ioni sodio dura solo pochi secondi esso viene poi sostituito da un flusso massiccio di ioni calcio da depositi interni di reticolo endoplasmatico.

La modalità specifica con cui si realizza questo rilascio non è ancora conosciuta nei dettagli, ma sembra che un ruoloimportante sia svolto dall'IP3 (inositolo trifosfato).

E'stata evidenziata la presenza, nello spazio compreso tra la vescicola acrosomica e il nucleo dello spermatozoo, la presenza di un enzima, noto come ossido nitrico sintetasi, coinvolto nell formazione dell'ossido nitrico, che ritroviamo anche nel sistema nervoso agendo come neurotrasmettitore, l'unico in forma gassosa.

Durante il passaggio attraverso la gelatina della cellula uovo, la Nos viene attivata producendo ossido nitrico il quale una volta riversato all'interno della cellula uovo, innesca una catena di trasduzione del segnale che culmina con la produzione di IP3 e rilasio di ioni calcio. Durante la reazione di formazione dell'IP3 viene prodotto anche DAG il qualche innesca la produzione di molecole che amplificheranno ulteriormente il rilascio di ioni calcio. Insomma viene innescato un rilascio di ioni calcio e di reazioni che a loro volta indurrano un rilascio di ioni calcio ancora maggiore.

La modalità con cui lo ione calcio si rilascia è stato studiato anche nelle uova di medaka, il pesce rosso giapponese. Sono state usate le uova di questo organismo in quanto abbastanza grandi da poter essere maneggiate con facilità in laboratorio; il rilasico di ioni calcio è stato osservato usando particolari macchine fotografiche stroboscopiche in grado di scattare immagini in successione ad altissima velocità. E'stata sfruttata una proteina nota come equorina in grado di produrre luce quando lega gli ioni calcio, in questo modo è stato possibile osservare la produzione di una vera e propria onda di clacio che si propagava da punto in cui era penetrato lo spermatozoo. l'equorina venne estratta da batteri simbionti della medusa aequorea.

AUGURI DI BUON NATALE!

2011-12-25T00:05:00.000-08:00

Tanti auguri di Buon Natale a tutti i lettori di Biosproject !

INIBIZIONE DELLA POLISPERMIA.

2011-12-06T04:37:00.000-08:00

Nel post precedente avevamo accennato ai vari meccanismi che nel riccio di mare e nei mammiferi determinano il riconoscimento e la fusione delle membrane dello spermatozoo e della cellula uovo. Una volta avvenuta la fecondazione, la propensione della cellula uovo ad essere fecondata diventa pericolosa. Con la fusione tra spermatozoo e cellula uovo e l'unione dei loro nuclei aploidi viene ripristinato il normale corredo cromosomico della specie. Ne consegue che fecondazioni secondarie porterebbero ad uno squilibrio nel numero di cromosomi, con effetti deleteri sullo sviluppo di un nuovo organismo. Infatti esiste un particolare processo che impedisce fecondazioni secondarie; ed è noto come inibizione della polispermia.

Inoltre lo spermatozoo oltre al nucleo aploide fornisce all'uovo anche il centriolo.

Nella normale monospermia, in cui nell'uovo penetra un solo spermatozoo, il centriolo fornito da quest'ultimo va incontro a divisione per formare i due poli del fuso mitotico di segmentazione.

Grazie ad esso la cellula si divide in due nella prima divisione mitotica che determina l'inizio della segmentazione.

L'ingresso di più spermatozooi è noto con il termine di polispermia e in genere ha conseguenze che, come accennato precedentemente, sono distratrose per lo sviluppo del nuovo organismo. Facciamo un esempio: supponiamo che siano due gli spermatozooi a fecondare una cellula uovo, ciò che ne deriva è un nucleo triploide, cioè ogni cromosoma risulta presente in triplice copia anzichè in due, inoltre saranno presenti due centrioli, e dopo che si saranno divisi ne saranno presenti 4; la cellula non contiente istruzioni che le permettano di risolvere questo genere di problemi, non esistono meccanismi che permetteranno una corretta segregazione dei cromosomi nelle cellule che si formeranno, ne nel numero e nel tipo corretto di cromosomi, ciò che ne deriva saranno cellule contenenti un eccesso di geni e cellule contenenti meno cromosomi del necessario.

Gli organismi hanno sviluppato svariate strategie per imperdire fecondazioni secondarie possiamo

Blocco rapido alla polispermia.

E' caratterizzato da un cambiamento nel potenziale di membrana che impedisce agli spermatozooi di interagire con la superficie dell'uovo. Prendiamo come punto di riferimento anche in questo caso il riccio di mare. Come accennato l'importante ruolo della membrana della cellula uovo è quella di mettere in relazione tale cellula con lambiente circostante, ciò fa si che la concentrazione degli ioni ella cellula uovo differisca enormemente da quella dell'ambiente circostante nel quale è immerso. Tale differenza è particolarmente significativa per quanto riguarda gli ioni sodio e potassio. La concentrazione dello ione sodio è di gran lunga più elevata nell'ambiente marino esterno che in quello cellulare, mentre per il potassio il discorso vale all'inverso. Tale condizione (non parleremo qua di quali meccanismi mantengono continuamente tale differenza di concentrazioni tra i due lati della membrana), viene mantenuta dalla membrana cellulare che continuamente impedisce l'ingresso degli ioni sodio e l'uscita del potassio. Se si inserisce un elettrodo all'interno dela cellula uovo e si colloca un secondo elettrodo al di fuori di esso si può misurare la differenza di potenziale tra i due lati che in genere ha un potenziale di -70mV; con l'interno della cellula più negativo rispetto all'esterno.

Dopo il legame con lo spermatozoo e la relativa fusione delle membrane delle cellule germinali, il potenziale di membrana si modifica assumendo un valore di circa + 20 mV circa. La variazione del potenziale di membrana è dovuta ad un ingresso di ioni sodio nell'uovo. E' stato osservato che gli spermatozooi sembrano essere in grado i legarsi alla membrana della cellula uovo quando essa presenta un potenziale d imembrana di -70 mV, mentre non sembrano in grado di legarsi a membrane delle cellule uovo che presentano un potenziale di riposo positivo. L'importanza degli ioni sodio e della loro influenza sull'entrata degli spermatozooiè stata ampiamente accertata attraverso vari esperimenti, e si è visto che il blocco rapido viene rimosso se nella soluzione in cui sono inseriti i ricci di mare la concentrazione degli ioni sodio viene ridotta notevolmente, anche mantenendo la membrana con un potenziale negativo non vi era blocco. Non si conoscono con precisione i meccanismi che impediscono algi spermatozooi di entrare in una cellula uov una volta che il suo potenziale di membrana è diventato positivo. Molto probabilmente la presenza di proteine con carica netta positiva a cui viene impedito il legame con componenti della cellula uovo.

Blocco lento alla polispermia.

Il blocco rapido alla polispermia non è eterno, la modificazione del potenziale di membrana dura per breve tempo. Entro un minuto infatti la membrana tende a tornare nuovamente al suo stato di riposo, ciò comporta un ritorno della membrana ad essere potenzialmente fecondata da altri spermatozooi, per evitare che questo avvenga e rimuovere eventuali spermatozooi che si legano nuovamente alla superficie, si innesca un secondo processo noto come blocco lento alla polispermia. Evento principale è l'esocitosi dei granuli corticali.

Come accennato nel post precedente nel riccio di mare i granuli corticali sono migliaia, possiedono enzimi, proteine ialine, mucopolisaccaridi ecc...

Viene definito blocco lento in quanto si instaura circa un minuto dopo l'avvenuta fusione dello spermatozoo con la cellula uovo. Quando lo spermatozoo entra questi granuli corticali si fondono con la membrana plasmatica dell'uovo e liberano il loro contenuto nello spazio compreso tra la membrana cellulare e la membrana vitellina. Sono diverse le proteine che vengono rilasciate, una di esse è la serinproteasi dei granuli corticali, un enzima simile alla tripsina. La sua funzionalità è quella di interrompere le connessioni proteiche esitenti tra la membrana cellulare e la membrana vitellina. consentendo in tal modo un distacco dei recettori della bindina con tutti gli spermatozooi ad essi associati. In secondo luogo i mucopolisaccaridi rilasciati dai dai granuli corticali determinano un gradiente osmotico che richiama acqua determinando un rigonfiamento nello spazio tra la membrana vitellina e quella cellulare facendo rigonfiare la membrana vitellina e iniziando in questo mo quel processo noto come formazione della membrana di fecondazione. Altre proteine rilasciate dai granuli corticali sono enzimi come la perossidasi che rende più resistente la membrana di fecondazione stabilndo legami crociati tra i residui di tirosina di proteine adiacenti. La membrana di fecondazione inizia a formarsi nel punto di ingresso dello spermatozoo e continua a formarsi avvolgendo l'intera cellula uovo, durante la sua formazione gli spermatozooi si distaccano dalla cellula. Le proteine ialine svolgono un altro ruolo importante in quanto forma un rivestimento attorno alla cellula uovo. Inoltre durante questo processo la cellula uovo emette lunghi microvilli che daranno sostegno alle future cellule durante il processo della segmentazione.

CARNEVALE DELLA BIODIVERSITA' VI: IL BANDO

2011-12-01T03:00:00.000-08:00

È arrivato Dicembre e come tutti sapete sta per arrivare una data importantissima. Natale? Ma no! Qualcosa di molto più interessante e che comporta molti meno regali: la VI edizione del carnevale della Biodiversità si terrà infatti tra pochissimo, il 12 Dicembre.
Una caratteristica in comune col Natale però questo carnevale ce l'ha: ha a che fare coi parenti. Il tema, come sempre provocatorio per stimolare l'inventiva di chi scrive e la curiosità di chi legge, sarà infatti:

PARENTI SERPENTI

...e il blog ospite sarà il popolarissimo Oggiscienza.
Sssssssiamo molto curiosi di vedere cosa ci aspetta in questa sssssesta edizione! Ecco intanto i link alle passate edizioni:
Carnevale della biodiversità:
I) Infinite forme bellissime
II) Biodiversià e adattamenti
III) Le dimensioni contano
IV) Alieni tra noi
V)Nicchie estreme: ai confini della realtà

FAQ:

D. Ho un blog in cui parlo di biologia e vorrei partecipare, come faccio?
R. Semplice, manda una email di adesione a questo indirizzo e il comitato direttivo valuterà la candidatura (per mantenere alti gli standard siamo costretti a fare una minima selezione, della qual cosa ci sentiamo comunque molto in colpa). Chi ha già partecipato verrà invece contattato in privato dal Comitato.

D.Non ho mai partecipato alle precedenti edizioni, posso partecipare a questa?
R. Certamente, tutti i bio-blogger sono benvenuti

D. A chi mando il mio post dopo che l’ho scritto?
R. I contributi al Carnevale vanno inviati a Stefano Dalla Casa, uno degli autori di Oggiscienza, a questo indirizzo
D. Entro quando posso mandare la mia candidatura per partecipare?
R. Possibilmente entro il 5 Dicembre

D. Entro quando posso mandare il mio post per l’inclusione nella rassegna del Carnevale?
R. Entro e non oltre il 10 Dicembre, per dare tempo ad Andrea di leggere il post e recensirlo nella rassegna. Ritardi nell’invio del post potrebbero portare all’esclusione dal Carnevale

D. Ho una domanda sul Carnevale e vorrei discuterne in privato, con chi posso parlarne?
R. Puoi rivolgerti ad uno qualsiasi (o a tutti e tre in CC) del comitato direttivo, Livio Leoni, Marco Ferrari o Lisa Signorile

IMMUNOCITOCHIMICA.

2011-11-22T00:03:00.000-08:00

Esistono varie tecniche che permettono di evidenziare molecole di nostro interesse. Una di queste è l'evidenziazione immunocitochimica. E' un particolare tipo di tecnica che si basa su proteine del siero del sangue note come immunoglobuline, conosciute comunemente con il nome di anticorpi, che sono prodotti dai linfociti B dei vertebrati.

In questo disegno il problema è stabilire se un antigene è presente nel campione A o B, e se l'antigene è presente nel nucleo o nel citoplasma. L'anticorpo primario è diretto contro l'antigene voluto, interagisce con la sezione di tessuto. L'anticorpo secondario associato ad un colorante è diretto contro l'anticorpo primario. La distribuzione del coniugto sul tessuto mostrala localizzazione precisa dell'antigene che in questo esempio è localizzato nel citoplasma della cellula B.

Gli anticorpi hanno una grande prerogativa funzionale, sono in grado di legarsi ad un particolare epitopo, osemplicemente una molecola estranea chiamata antigene. Una caratteristica degli può avere diversi epitopi e può così reagire con diversi anticorpi. Gli anticorpi definiti monoclonali si preaprano dal sangue di mammiferi che vengono immunizzati iniettandoli con l'antigene di interesse. In genere, l'ospite immunizzato è un mammifero, generalmente un coniglio, da cui viene prelevato del sangue ad intervalli di tempo regolari, per controllare la presenza di anticorpi di nostro interesse. Il siero ricavato dallo stesso animale viene definito siero preimmunee viene utilizzato come controllo della reazione. Questa preparazione fornisce un anticorpo primario che si lega selettivamente all'antigene di nostro interesse. Per rendere visibile il legame tra l'anticorpo primario e l'antigene, e quindi per la localizzazione dell'antrifene, l'anticorpo viene coniugato con un colorante, generalemnte un colorante fluorescente o un fluorocromo. Questo però porta al riconoscimento di 1/1 molecola, che talvolta può dare colorazione poco evidente (metodo diretto), per tale motivo si ricorre più frequetemente al metodo indiretto mediante l'introduzione di anticorpi definiti secondari; legati ad un fluorocromo preparato in una specie diversa e diretto contro l'anticorpo primario. Gli anticorpi secondari disponibili in commercio sono ottenuti da alcuni animali, ad esempio suini e sono dirette contro tutte le immunoglobuline di coniglio. In questo caso sono gli anticorpi secondari ad essere coniugati con coloranti come fluorocromi o enzimi che provocano una reazione colorata,tipo perossidasi o fosfatasi. Gli anticorpi primari e secondari si usano in sequenza, il primo localizza l'antigene, il secondo localizza l'antigene primario e lo rende visibile. Su ogni campione su cui si vuole localizzare l'antigenesi pone una goccia di anticorpo primario opportunamente diluito e si lascia incubare finchè l'anticorpo non si lega all'antigene. a questo punto l'anticorpo primario in eccesso viene lavato via mediante lavaggi con aposite soluzioni. L'anticorpo secondario viene poi aggiunto sul campione, lasciato incubare pe riltempo necessario all'adesione all'immunoglobulina primaria. Dopo il lavaggio il campione viene montato in un mezzo adeguato e osservato al microscopio. la colorazione o la fluorescenza osservata al microscopio, mostreranno la localizzazione dell'anticorpo secondario che è legata quello primario che p legato all'antigene. Il controllo effettuato con il siero preimmune al posto dell'anticorpo primario, permette di visualizzare eventuali legami aspecifici, e quindi di eliminarli dall'osservazione

LA FORMAZIONE DEL PROCESSO ACROSOMICO.

2011-11-18T05:14:00.000-08:00

Nel post precedente avevamo iniziato a parlare di fecondazione e accennato ad alcuni meccanismi che permettono il riconoscimento tra spermatozoo e cellula uovo. Stadio successivo all'attrazione chemiotattica nello spermatozoo, è la formazione del processo acrosomico dello spermatozoo. Prenderemo come organismo modello sempre il riccio di mare.

Due sono le componenti fondamentali per innescare il processo acrosomico negli spermatozooi. In molti invertebrati come nel riccio di mare, la reazione acrosomica è innescata dal contatto dello spermatozoo con alcune componenti del rivestimento gelatinoso della cellula uovo. Questo contatto innesca una serie di processi, che culmineranno con l'esocitosi della vescicola acrosomica, contenente enzimi in grado di digerire le strutture esterne dell'uovo e permettere così una sua fusione con lo spermatozoo.
Nello strogylocentrus purpuratus una delle componenti dell'involucro gelatinoso che innescano questo processo sono particolari glicoconiugati, molto abbondante sembra essere il solfato di fucosio. Tali componenti si legano a specifici recettori presenti sulla membrana dello spermatozoo. Il legame innesca cambiamenti conformazionali che permettono l'apertura di canali ionici del calcio, la cui entrata permette la fusione della vescicola acrosomica con la membrana dello spermatozoo e l'esocitosi del contenuto enzimatico. Le componenti che innescano la reazione acrosomica sono altamente specie-specifiche e non sono in grado di attivare tale processo neanche nelle specie strettamente affini, questo rappresenta un altra barriera ai processi di fecondazione interspecifica.

Successivo all'esocitosi del contenuto acrosomico è la formazione del processo acrosomico digitiforme che si viene a formare grazie alla polimerizzazione delle molecole di actina globulare che sono disposte al di sotto della vescicola acrosomica (nell'immagine sopra si può osservare in successione l'esocitosi della vescicola acrosomica e la formazione del processo digitiforme).
La formazione di questa componente rappresenta un secondo meccanismo di riconoscimento con la cellula uovo, infatti con esso lo spermatozoo prenderà contatto con la cellula uovo. Una proteina, estratta sempre dallo spermatozoo dello S.purpuratus, che media questo importante processo è nota come bindina. In vari studi portati avanti nel 77 da Vacquier e Moy fu osservato che tale proteina si legava a specifici recettori presenti sulla superficie dell'uovo. Inoltre fu osservato che il riconoscimento era specie specifico e che spermatozooi dello S.purpuratus non erano in grado di legarsi a uova di specie affini i ricci di mare, come l'Arbacia punctulata che erano stati privati dell'involucro gelatinoso. Inoltre è stato dimostrato che le bindine appartenenti a ricci di mare strettamente correlati, sono molto differenti le une dalle altre.
Infatti bindine e glicoproeine di adesione dei gameti sembrano essere tra le proteine a più rapida evoluzione tra quelle note. Due esperimenti hanno dimostrato che la bindina è la proteina conivolta principalmente nel riconoscimento tra spermatozoo e cellula uovo. Per verificare la presenza e la localizzazione della bindina Moy e Vacquier usarono una reazione di immunocitochimica (vedi tecniche di laboratorio nel prossimo post). Grazie a questa tecnica msero in evidenza uno spesso strato contenente la bindina che copriva il processo acrosomiale dello spermatozoo attivato. Gli spermatozooi di controllo utilizzati nell'esperimento, che non erano stati attivati non mostravano alcuna colorazione immunoistochimica. Nell'uovo che invece era stato legato dallo spermatozoo la colorazione per la bindina era presente nel punto di contatto con lo spermatozoo.

LA FECONDAZIONE: l'inizio di un nuovo organismo.

2011-11-15T09:37:00.000-08:00

La fecondazione è il processo mediante il quale due cellule sessuali (gameti) si uniscono per formare un nuovo individuo che avrà un genoma che deriverà da entrambi i genitori.

Partendo sempre dal presupposto che la fecondazione avviene in maniera diversa a seconda degli organismi che prendiamo in considerazione, il processo può essere riassunto in pochi punti chiave.

1) Contatto e riconoscimento tra spermatozoo e uovo: Il riconoscimento tra le due cellule assicura che spermatozoo e uovo apprtengano alla stessa specie.

2) L'entrata dello spermatozoo nella cellula uovo è finemente regolata: La penetrazione sarà permessa ad un solo spermatozoo, quando ciò è avvenuto la cellula uovo impedisce l'ingresso di altri spermatozooi.

3)Il materiale genetico si unisce.

4)Iniziano i processi che portano all'inizio dello sviluppo di un organismo.

Il dialogo tra spermatozoo e cellula uovo è particolare e complesso. Riassumendo potremmo dire che la cellula uovo svolge un ruolo importante nell'attivare lo spermatozoo, il quale è fondamentale per la fecondazione. Lo spermatozoo ricambia il favore attivando la cellula uovo innescando i processi che portano allo sviluppo di un nuovo organismo.

Lo spermatozoo.

Caratteristiche principali di uno spermatozoo sono, un nucleo aploide, un sistema di propulsione che fa muovere lo spermatozoo e un sacco contenente enzimi che permette al nucleo di entrare nella cellula uovo.

Durante la maturazione la stragrande maggioranza del citoplasma dello spermatozoo viene distrutta e rimangono poche trutture che saranno poi fondamentali per il funzionamento dello spermatozoo. Durante la maturazione il nucleo aploide si condensa sempre di più assumendo una forma molto affusolata. Al microscopio si può osservare la presenza di una vescicola contenente enzimi nota come vescicola acrosomica, detta anche acrosoma.

Tale vescicola deriva dall'apparato del Golgi e contiene molti enzimi capaci di degradare glucidi complessi e proteine, ma più di tutto gli enzimi contenuti in tale vescicola sono di fondamentale importanza per la penetrazione del nucleo dello spermatozoo nella cellula uovo, infatti tali enzimi sono in grado di degradare le pareti esterne dell'uovo, permettendo al nucleo di penetrare all'interno di esso.

Il movimento degli spermatozoi varia a seconda dell'organismo che prendiamo in considerazione. In genere il movimento di tali cellule sembra rispecchiare anche l'adattamento dell'organismo all'ambiente nel quale vive. Prendiamo ad esempio il verme nematode Ascaris, un parassita, i suoi spermatozooi si muovono con un movimento ameboide tramite l'estrusione di lamellipodi....nella stragrande maggioranza delle specie però gli spermatozooi sono muniti di flagelli.

I flagelli hanno una struttura complessa. Nello spermatozoo la componente motrice principale del flagello è noto come assonema, (per ora non ho trovato un immagine adeguata e o fatto da me, spero si capisca abbastanza); formato da microtubuli che vengono emanati dal centriolo alla base del nucleo.

La parte centrale dell'assonema è costituita da una coppia di microtubuli circondata da 9 coppie di microtubuli. In realtà di ognuna di queste nove coppie, soltanto un microtubulo è completo ed è costituito da 13 protofilamenti di una proteina nota come tubulina, l'altro microtubulo ad esso associato è costituito da 11 protofilamenti e avvolge parzialmente il microtubulo completo, assumendo una forma che ricorda la lettera C.

Nonostante la tubulia rappresenti la componente strutturale del flagello, altre proteine concorrono al movimento di tale struttura. Associate ai microtbuli esterni vi è una proteina con attività ATPasica nota come dineina. Grazie alla sua capacità di idrolizzare l'ATP tale proteina è in grado di convertire l'energia chimica in mecancia consentendo il movemento dello spermatozoo. Un altra importante proteina è l'istone H1.

Come molti sapranno essa insieme ad altre proteine della famiglia degli istoni è presente nel nucleo e svolge l'importante ruolo di condensare il DNA. E'stato però osservato e dimostrato che tale proteina sembra svolgere anche un ruolo fondamentale nello stabilizzare la struttura dei flagelli, impedendone la disgregazione.

L'ATP utile per il movimento dei flagelli deriva dai mitocondri presenti in gran numero nella parte mediana dello spermatozoo. In molte specie, in particolare nei mammiferi tra la guaina mitocondriale e l'assonema si interpone uno strato di fibre dense che sembra impedire alla testa dello spermatozoo di eseguire movimenti troppo bruschi durante il movimento. Gli spermatozooi emessi con l'eiaculazione non sono immediatamente capaci di fecondare la cellula uovo. Tale capacità viene acquisita dallo spermatozoo negli ultimi stadi della maturazione (processo noto come capacitazione), che non si verifica fino a quando gli spermatozoi non sono rimasti nelle vie genitali della femmina per un certo periodo di tempo.

L'uovo.

La cellula uovo (uovo maturo) contiene tutto il materiale necessario per dare l'avvio allo sviluppo di un nuovo organismo. A differenza dello spermatozoo che elimina la maggior parte del citoplasma con strutture annesse, conservando solo quelle che gli sono utili per svolgere la specifica funzione, l'uovo in via di sviluppo (chiamato oocito prima che raggiunga lo stadio di divisione meiotica in cui può essere fecondato) non solo conserva strutture citoplasmatiche, ma è attivamente impegnato nell'accumularne altro. Ad esempio l'oocito è impegnato ad accumulare proteine del vitello, che costituiscono una riversa per la nutrizione dell'embrione. Quindi nonostante spermatozoo e uovo siano accomunati dal possedere un uguale nucleo aploide, l'uovo durante il suo percorso di maturazione tende ad accumulare una preziosa scorta citoplasmatica comprendente proteine, ribosomi, tRNA, mRNA, fattori morfogenetici e sostatanze protettive.

Proteine: l'embrione non è immediatamente in grado da solo di nutrirsi o di trarre nutrimento dalla madre, di conseguenza deve acumulare composti in grado di sostenerlo a livello energetico e amminoacidi utili per la sintesi di proteine. Le proteine in molti casi vengono accumulate grazie a proteine del vitello. Molte di queste proteine sono prodotte da organi quali fegato, corpi adiposi e giungono all'embrione mediante il sangue materno.

Ribosomi e tRNA: sono di fondamentale importanza per la sintesi delle proteine, ne parleremo nella traduzione dell'RNA.

mRNA (rna messaggero): Nella maggior parte degli organismi le istruzioni per le proteine da produrre nelle fasi iniziali dello sviluppo sono contenute negli RNA messaggeri, in molte specie sono presenti nella cellula uovo in grande quantità e rimangono quiescienti fino a fecondazione avvenuta.

Fattori morfogenetici: Sono molecole che entreranno in gioco negli stadi successivi della fecondazione, alcune di tali molecole sono contenute in particolari regioni del citoplasma, ciò sarà importante perchè con il processo della segmentazione verranno "traferiti" in cellule differenti.

Sostanze protettive: alcune cellule uovo possiedono filtri contro le radiazioni ultraviolette, ed enzimi di riparazione del DNA. Le uova degli uccelli possiedono anche anticorpi.

Il citoplasma delle cellule uovo è racchiuso da una membrana citoplasmatica che filtra le sostanze che possono entrare al suo interno e deve possedere tutte le caratteristiche necessarie per fondersi con la membrana dello spermatozoo. All'esterno della membrana cellulare vi è un sottile strato, una tessitura fibrosa che è fondamentale per il riconoscimento tra spermatozoo e cellula uovo. Tale strato negli inverterati è noto come membrana vitellina; nei vertebrati prende il nome di zona pellucida.

L'uovo dei mammiferi è inoltre circondato da un insieme di cellule che prendono il nome di cumulo ooforo, erano cellule follicolari dell'ovaio che circondavano la cellula uovo nutrendola, prima che quest'ultima fosse emessa dall'ovaio. Lo strato più interno delle cellule del cumulo ooforo, quelle che circondano la zona pellucida prendono il nome di corona radiata.

Al di sotto della membrana plasmatica si trova un sottile strato noto come cortex (strato corticale), costituito duno strato di citoplasma simile ad un gel. Questa regione contiene una grande quantità di molecole di actina globulare. A fecondazione avvenuta queste proteine si polimerizzano iniziando a formare strutture note come microfilamenti, di fondamentale importanza per le successive divisioni cellulari. Inoltre le molecole di actina sono necessarie per formare lunghi microvilli fondamentali per facilitare l'ingresso dello spermatozoo nella cellula uovo. Inoltre nella cortex troviamo i granuli corticali, sono delle vescicole simili a quelle dell'acrosoma, solo che nelle cellule uovo ve ne sono migliaia, ad esemio nella cellula uovo del riccio di mare se ne possono trovare anche più di 10000. Contengono enzimi, mucopolissaccaridi, proteine ialine, glicoproteine di adesione. Le componenti dei granuli corticali svolgeranno un ruolo importante nell'impedire fecondazioni secondarie. Inoltre tali proteine daranno sostegno al blastomero nelle successive fasi della segmentazione.

Molti tipi di cellula uovo sono circondate da un involucro gelatinoso che si trova all'esterno della membrana vitellina; tale involucro è costituito da una vera e propria rete di glicoproteine. Ha molte funzioni, una delle principali è di attrarre e attivare gli spermatozooi.

Riconoscimento tra spermatozoo e cellula uovo.

All'inizio del post avevamo riassunto il processo della fecondaione in 4 punti chiave; il primo era il riconoscimento tra i due gameti spermatozoo e cellula uovo. Il riconoscimento avviene attraverso varie tappe.

1) Chemioattrazione: lo spermatozoo viene attratto per chemiotassi verso la cellula uovo da molecole solubili.

2)Esocitosi: vengono rilasciate enzimi e molecole contenute nella vescicola acrosomica dello spermatozoo.

3)Legame dello spermatozoo all'involucro exacellulare (membrana vitellina o zona pellucida)

4) Fusione della membrana dello spermatozoo e della cellula uovo.

In alcuni organismi avviene prima il contatto tra spermatozoo e involucro extracellulare, solo in seguito si assiste al rilascio del contenuto acrosomico, come avviene ad esempio nei mammiferi.

Il riconoscimento però non è un processo semplice, dipende dall'organismo che prendiamo in considerazione. Un esempio è il riconoscimento tra spermatozoo e cellula uovo nel riccio di mare (un tipico organismo modello). Perchè rispecchia bene quanto detto riguardo al fatto che non è una faccenda semplice il ricoscimento tra spermatozoo e uovo? Il riccio di mare vive appunto nel mare, esegue una fecondazione esterna ciò significa che i suoi gameti sono rilasciati nell'ambiente marino. Come fanno gli spermatozooi a riconoscere le cellule uovo della stessa specie, dal momento che nel mare vivono tanti organismi ognuno dei quali rilascia i gameti in acqua, e a non fecondare quelle delle specie differenti? Due sono i meccanismi principali, l'attrazione specie specifica e l'attivazione specie specifica degli spermatozooi.

Attrazione degli spermatozooi.

E'stato ampiamente documentato questo evento in molti organismi. In molte specie gli spermatzooi sono attivati mediante il rilascio da parte della cellula uovo di particolari composti chimici. Un classico esempio è stato l'esperimento portato avanti da Miller nel 78. L'organismo usato in questo esperimento era l'Orthopyxis caliculata. Uova in via di maturazine che non avevano ancora raggiunto lo stadio i cui potevano essere fecondate erano posti su un vetrino da microscopio; ad una certa distanza da essi erano posti degli spermatozooi appartenenti alla stessa specie. Ciò che fu osservato è che gli oociti in via di maturazione, che non avevano ancora completato la seconda divisione meiotica non erano in grado di non attravare gli spermatozooi.Quando invece la divisione meiotica era completa gli spermatozooi migravano in direzione delle cellule uovo. Inoltre fu osservato che tali cellule uovo non riuscivano ad non attirare spermatozooi di altre specie, neanche quelle affini. Insomma le cellule uovo determinano onon solo quali spermatozooi attrarre ma quando attrarli. I meccanismi alla base della chemiotassi sono stati ampiamente studiati in varie specie. Una molecola di pochi peptidi fu isolata da una specie di riccio dimare noto come Arbacia punctulata, tale molelcola era un peptide di 14 amminoacidi noto con il nome di resact isolata dall'involucro gelatinoso del riccio di mare. Il resact diffonde rapidamente e quando viene aggiunto ad una sospensione di spermatozooi esercita su tal cellula un azione molto intensa anche a concentrazioni bassissime. Infatti nell'acqua di mare il resact diffode molto rapidamente. L'efficacia nell'attivare e attrarre gli spermatozooi da parte di questo peptide fu dimostrato mediante l'osservazione che gli spermatozooi posti su un vetrino tendevano a muoversi circolarmente, aggiungendo il resact gli spermatozooi iniziavano a muoversi in direzione della regione dove era stato inoculato il peptide. Mentre il resact continua a diffondere dall'area di inoculazione, sempre più spermatozooi tenderanno ad ammassarsi nella regione da cui il peptide proviene. Inoltre è stato visto che il resact non attrae spermatozooi di specie diverse, infatti ponendo gli spermatozooi di altre specie in presenza del resact essi non venivano attirati, solo quelli appartenenti all'Arbacia punctulata erano attratti. Inoltre il resact è un classico esempio di peptide che attiva gli spermatozooi. I peptidi che attivano gli spermatozooi inducono inoltre un immediato aumento della respirazione cellulare, segno di un aumentarta attività da parte di tale cellula. In particolar modo si osserva un incremento della respirazione mitocondriale con produzione di grandi quantità di ATP la quale idrolizzata dalla dineina fornirà l'energia necessaria al movimento.

CICLI VITALI

2011-10-24T07:51:00.000-07:00

La rana che vedete nell'immagine è lo Xenopus laevis. Non voglio parlarvi del suo habitat o del suo modo di vivere,non ora almeno. La prendo come esempio per illustrare un ciclo vitale, a dire il vero non vi parlerò neanche nello specifico del suo ciclo vitale, diciamo che prenderemo questo simpatico organismo per elencare quelli che sono gli stadi di un ciclo vitale. Insomma questo post sarà solo una introduzione se così la vogliamo chiamare su una materia molto affascinante, la biologia dello sviluppo.

Una disciplina nella quale convergono livelli differenti della biologia. Lo sviluppo di un organismo che si verifca tra la fecondazione e la nascita è straordinario. Come alcuni o molti di voi sapranno l'organismo che si sviluppa nel periodo che va dalla fecondazione alla nascita è noto come embrione (nell'essere umano l'organismo si definisce embrione soltanto nei primi due mesi di sviluppo, dal terzo mese alla nascita è noto come feto). Si potrebbe dire che un embrione costruisce se stesso a partire da un unica cellula, non è un organismo formato con ossa, polmoni, cervello e via dicendo, non ha ancora queste caratteristiche, deve attraverso particolari e intricati processi creare ognuna di tali strutture, deve funzionare prima ancora di essere completo, e lo deve fare alla perfezione. E' affascinante pensare che da un unica cellula si è arrivati a costruire se stessi. Ma andiamo con calma, per ora voglio solo parlarvi sinteticamente degli stadi di un ciclo vitale, giusto per rendere l'idea di dove andremo a parare nei prossimi post a venire, perchè prima di ritornarci su affronteremo altri argomenti che ci guideranno alla scoperta di come un organismo si sviluppa.

Il concetto di ciclo vitale è universalmente accettato, ed esso, che l'organismo in questione si tratti di un lombrico o di un mammifero, nonostante in natura esista una enorme varietà di embrioni diversi tra di loro, può essere riassunto in pochi stadi.

Dopo il processo noto come fecondazione (unione del materiale genetico dei gameti spermatozoo e uovo) inizia lo sviluppo dell'organismo.

Stadio 1: segmentazione: una serie di divisioni mitotiche particolarmente veloci, attraverso le quali l'enorme volume del citoplasma inizia ad essere suddiviso in molte cellule. Queste cellule sono dette blastomeri; come mostrato nell'immagine l'oocita inizia a subire divisioni fino ad arrivare allo stadio di blastula.

Stadio 2: da questo processo in poi le divisioni iniziano a rallentare e i blastomeri vanno incontro a vistosi movimenti tramite i quali le cellule iniziano a modificare le loro posizioni; si entra quindi in una fase dove si verificano ampi riordinamenti cellulari. Tali riordinamenti vanno sotto il nome di gastrulazione e la gastrula è il nome dello stadio in cui si viene a trovare l'embrione. Al termine di tale processo l'embrione sarà costituito da tre foglietti embrionali: ectoderma, endoderma, mesoderma.

Stadio 3: Dopo la formazione dei foglietti embrionali, arriva il momento in cui le cellule iniziano a riorganizzarsi per formare tessuti e organi. Questo processo è noto come organogenesi, molti organismi contengono cellule che derivano da diversi foglietti embrionali. Pensate alla nostra pelle; la parte esterna è detta epidermide e deriva dall'ectoderma, mentre lo strato interno (derma) deriva dal mesoderma. Nel corso dell'organogenesi alcune cellule effettueranno migrazioni dal loro luogo d'orgine alla loro sede definitiva.

Stadio4 : una porzione specializzata del''uovo da origine alle cellule che sono i precursori dei gameti(spermatozoo e uovo). I gameti e le loro cellule precursori sono chiamate cellule germinali e sono deputate alla riproduzione. Tutte le altre cellule sono definite somatiche e daranno origine al corpo dell'individuo. La formazione delle cellule germinali e somatiche è spesso uno dei primi differenziamenti che si realizzano nello sviluppo degli animali. Le cellule germinali migrano nelle gonadi dove si differenzieranno in gameti. Il processo è noto come gametogenesi, e spesso non è completato fino a quando l'organismo non è maturo.

Stadio 5: Molti organismi alla nascita non sono sessualmente maturi. In molte specie animali l'organismo alla nascita viene definito larva e può essere molto differente dall'individuo adulto, basti pensare alle rane o alle farfalle. Lo stadio larvale inoltre dura molto più a lungo dello stadio adulto.

CARNEVALE DELLA BIODIVERSITA' 5: NICCHIE ESTREME, AI CONFINI DELLA REALTA'.

2011-10-12T00:12:00.000-07:00

Oggi 12 ottobre 2011 è partita la quinta edizione del carnevale della biodiversità, recandovi sul blog Theropoda (vi consiglio caldamente di visitarlo, ne vale veramente la pena) troverete i link degli articoli postati da bio-blogger partecipanti all'evento. Tematica di questa edizione è NICCHIE ESTREME: AI CONFINI DELLA REALTA'. Anche Biosproject: Earth partecipa con un post che spero vi piacerà.
Non mi resta che augurarvi buona lettura!

GLI AMMINOACIDI NON NATURALI

2011-10-08T05:34:00.000-07:00

Nel post precedente se ne era parlato, non abbiamo approfondito molto il concetto, ho preferito dedicargli un post tutto suo, seppur piccolo. In seguito ci torneremo ancora su, per approfondire meglio anche la loro applicazione a livello proteico.

Gli amminoacidi non naturali sono stati ampiamente utilizzati in varie ricerche, e ancora oggi sono al centro della ricerca farmaceutica e non solo; la loro caratteristica principale è stata quella di essere utilizzati per modificare il comportamento delle proteine, migliorando la funzionalità di certi enzimi, o rendendo meno flessibile la conformazione delle proteine, migliorando la farmacodinamica e la biodisponibilità di certi farmaci. I beta amminoacidi, anche se meno numerosi degli alfa amminoacidi, si trovano in prodotti naturali con importanti applicazioni farmacologiche. Sono precursori di sintesi di composti beta lattamici e componenti chiave nella funzionalità di potenti enzimi con funzione inibitoria come le statine, pepstatina e amastatina. Molti prodotti farmaceutici contengono questi peptidi modificati.

Vediamo qualche esempio, elencando alcune delle molecole più utilizzate in ambito farmaceutico.

Amminoacidi non naturali usati in farmaceutica, un esempio è L-Dopa che viene usato nel morbo di Parkinson.

La D-penicilammina: come si può vedere dall'immagine è strutturalmente simile all'amminoacido cisteina, la diferenza risiede al terzo atomo di carbonio della catena dove sono presenti due gruppi metilici. Deriva dall'idrolisi dell'antibiotico penicillina, ma non ha attività anti batterica.

viene principalmente usata come terapia per la malattia di WIlson, malattia caratterizzata da un disordine genetico che causa un accumulo di rame nei tessuti. Questa molecola ha infatti la capacità di chelare lo ione rame permettendone una facile eliminazione dalle urine.

D-cicloserina: è un analogo strutturale della D-alanina, inibisce in maniera competitiva due enzimi che partecipano alla formazione del dipeptide D-alanil-D-alanina, passaggio fondamentale nella sintesi della parete celluare. Gli enzimi coinvolti in questo meccanismo sono la racemasi che converte l'amminoacido L-alanina nello stereoisomero D; e la sintetasi che catalizza la formazione del legame peptidico, tra le due molecole D-alanina.

La cicloserina è una molecola ciclica come si può vedere dalla figura, la stabile struttura ad anellofavorisce la formazione di un legame stabile con la racemasi e la sintetasi, preferenzialmente rispetto ai substrati naturali,

ciò risulta in una inibizione competitiva di questi enzimi. La cicloserina è neurotossica e non viene usata se non per il trattamento da infezioni causate da Mycobacterium tubercolosis resistente agli altri farmaci.

D-4-idrossifenilciclina (amoxicillina): è un analogo strutturale della fenilalanina, la D-4-idrossifenilciclina fa parte della struttura dell'amoxicillina (vi risparmio la nomenclatura IUPAC!!!). Appartiene al gruppo delle penicillline, l'amoxicillina è un antibiotico usato nel trattamento di infezioni batteriche. Come tutte le penicilline anche l'amoxicillina interferisce con l'ultima tappa della sintesi della parete cellulare batterica (traspeptidazione) con conseguente esposizione della membrana celilare, osmoticamente meno stabile all'ambiente esterno. In questo modo viene facilitata la lisi cellulare mediante pressione osmotica.

D-fenilglicina (Ampicillina): l'ampicillina appartiene al gruppo delle penicilline.

IO VOGLIO UNA RETE LIBERA!

2011-10-05T14:09:00.000-07:00

In queste ore sono tanti i blogger che stanno manifestando il loro dissenso a riguardo del comma 29 del ddl intercettazioni, noto ai più come legge ammazza-blog.
Insomma per dirla breve anche io accolgo l'appello di Valigia blu, invito chiunque leggesse questo o altro blog riportante un simile annuncio a visitare tale sito.

Cosa prevede il comma 29 del ddl di riforma delle intercettazioni, sinteticamente definito comma ammazzablog?
Il comma 29 estende l’istituto della rettifica, previsto dalla legge sulla stampa, a tutti i “siti informatici, ivi compresi i giornali quotidiani e periodici diffusi per via telematica”, e quindi potenzialmente a tutta la rete, fermo restando la necessità di chiarire meglio cosa si deve intendere per “sito” in sede di attuazione. Cosa è la rettifica? La rettifica è un istituto previsto per i giornali e le televisione, introdotto al fine di difendere i cittadini dallo strapotere di questi media e bilanciare le posizioni in gioco, in quanto nell’ipotesi di pubblicazione di immagini o di notizie in qualche modo ritenute dai cittadini lesive della loro dignità o contrarie a verità, questi potrebbero avere non poche difficoltà nell’ottenere la “correzione” di quelle notizie. La rettifica, quindi, obbliga i responsabili dei giornali a pubblicare gratuitamente le correzioni dei soggetti che si ritengono lesi.

Quali sono i termini per la pubblicazione della rettifica, e quali le conseguenze in caso di non pubblicazione?
La norma prevede che la rettifica vada pubblicata entro due giorni dalla richiesta (non dalla ricezione), e la richiesta può essere inviata con qualsiasi mezzo, anche una semplice mail. La pubblicazione deve avvenire con “le stesse caratteristiche grafiche, la stessa metodologia di accesso al sito e la stessa visibilità della notizia cui si riferiscono”, ma ad essa non possono essere aggiunti commenti. Nel caso di mancata pubblicazione nei termini scatta una sanzione fino a 12.500 euro. Il gestore del sito non può giustificare la mancata pubblicazione sostenendo di essere stato in vacanza o lontano dal blog per più di due giorni, non sono infatti previste esimenti per la mancata pubblicazione, al massimo si potrà impugnare la multa dinanzi ad un giudice dovendo però dimostrare la sussistenza di una situazione sopravvenuta non imputabile al gestore del sito.

Se io scrivo sul mio blog “Tizio è un ladro”, sono soggetto a rettifica anche se ho documentato il fatto, ad esempio con una sentenza di condanna per furto?
La rettifica prevista per i siti informatici è quella della legge sulla stampa, per la quale sono soggetti a rettifica tutte le informazioni, atti, pensieri ed affermazioni ritenute dai soggetti citati nella notizia “lesivi della loro dignità o contrari a verità”. Ciò vuol dire che il giudizio sulla assoggettabilità delle informazioni alla rettifica è esclusivamente demandato alla persona citata nella notizia, è quindi un criterio puramente soggettivo, ed è del tutto indifferente alla veridicità o meno della notizia pubblicata.

Posso chiedere la rettifica per notizie pubblicate da un sito che ritengo palesemente false?
E’ possibile chiedere la rettifica solo per le notizie riguardanti la propria persona, non per fatti riguardanti altri.

Chi è il soggetto obbligato a pubblicare la rettifica?
La rettifica nasce in relazione alla stampa o ai telegiornali, per i quali esiste sempre un direttore responsabile. Per i siti informatici non esiste una figura canonizzata di responsabile, per cui allo stato non è dato sapere chi sarà il soggetto obbligato alla rettifica. Si può ipotizzare che l’obbligo sia a carico del gestore del blog, o più probabilmente che debba stabilirsi caso per caso.

Sono soggetti a rettifica anche i commenti?
Un commento non è tecnicamente un sito informatico, inoltre il commento è opera di un terzo rispetto all’estensore della notizia, per cui sorgerebbe anche il problema della possibilità di comunicare col commentatore. A meno di non voler assoggettare il gestore del sito ad una responsabilità oggettiva relativamente a scritti altrui, probabilmente il commento (e contenuti similari) non dovrebbe essere soggetto a rettifica .

BATTERI BIONICI CI DIFENDERANNO DAL RISCALDAMENTO GLOBALE E CI AIUTERANNO A COMBATTERE LE MALATTIE.

2011-10-03T12:26:00.001-07:00

Alcuni elementi presenti in questa news, come gli amminoacidi sintetici (chiamati Uaas o amminoacidi innaturali) e il funzionamento del fattorei di rilascio 1 dell'E.coli saranno trattati in altri post.

Un ceppo di batteri geneticamente potenziato sviluppato da ricercatori del Salk Institute for Biological Studies può aprire la strada a nuove droghe sintetiche e nuovi modi di produrre farmaci e biocarburanti, secondo un articolo pubblicato il 18 settembre su Nature Chemical Biology.

Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di creare batteri capaci di incorporare in modo efficace " aminoacidi non naturali nelle proteine prodotte dai batteri.

Questa capacità può fornire un nuovo e potente strumento per lo studio dei processi biologici e per i batteri che producono nuove sostanze chimiche.

"Questo ci dà molto più spazio per pensare a cosa possiamo fare con la sintesi delle proteine", ha detto Lei Wang.

"Si aprono nuove possibilità, di creare farmaci che durano più a lungo nel sangue e sostanze chimiche più rispettose dell'ambiente."

Nel 2001, Wang e sei suoi colleghi furono i primi a creare batteri che incorporavano un innaturale amino acido (Uaas) nelle proteine, e, nel 2007, hanno utilizzato per la prima volta tale tecnica in cellule di mammifero. Lo hanno fatto con la creazione di un "codice genetico esteso", sovrascrivendo il codice genetico delle cellule e chiedendo loro di utilizzare gli amminoacidi artificiali nella costruzione delle proteine.

L'aggiunta di questi particolari amminoacidi ha permesso di modificare le proprietà delle proteine aprendo nuove strade nella sintesi di nuovi farmaci e nuovi utilizzi delle stesse proteine nella ricerca.

Batteri geneticamente modificati sono già stati utilizzati per la produzione di farmaci, basti pensare all'insulina sintetica, che ha ampiamente sostituito l'uso di pancreas animali nella produzione di farmaci utilizzati dai diabetici per regolare i loro livelli di zucchero nel sangue.

Ad oggi, la possibilità di inserire Uaas potrebbe espandere notevolmente i possibili usi della tecnologia del DNA ricombinante. Purtroppo fino ad oggi un ostacolo ha limitato l'uso degli Uaas: solo un singolo Uaas alla volta può essere inserito in una proteina.

Per inserire le istruzioni necessarie ad includere una Uaas nel codice genetico di un batterio, Wang e i suoi colleghi hanno sfruttato i codoni di stop, sequenze speciali del codice genetico che determinano la fine della traduzione dell'informazione genetica in amminoacidi. Durante la produzione di proteine, i codoni di stop dicono al macchinario cellulare di fermare l'aggiunta degli aminoacidi, per la sequenza che costituisce la struttura portante della struttura e della funzionalità della proteina.

Nel 2001, Wang e i suoi colleghi hanno modificato la sequenza genetica del batterio Escherichia coli per includere selettivamente un codone di stop e hanno introdotto le molecole progettate all'interno dei batteri.

Il problema era che un altro fattore biologico, una proteina nota come fattore di rilascio 1 (RF1), fermerebbe la produzione di una proteina contenente Uaas troppo presto.

Anche se gli scienziati potrebbero inserire codoni di stop per Uaas in più luoghi lungo la sequenza genetica, il fattore di rilascio della proteina avrebbe tagliato la porzione del DNA contenente il codone di stop, impedendo la corretta produzione di proteine contenente l'amminoacido specifico.

Nel loro studio, i ricercatori hanno superato questo limite. Gli scienziati hanno rimosso il gene che codifica per la proteina RF1 che ostacolava la sintesi delle proteine contenenti lo speciale amminoacido. In seguito si è dovuto affrontare un secondo problema, l'RF1 è una proteina di fondamentale importanza per la sopravvivenza dell'E.coli, senza di essa il batterio muore. I ricercaori sonon riusciti ad impedire questo modificando la produzione di un altro fattore di rilascio chiamato (RF2), in modo da poter salvare il batterio ingegnerizzato. (rimandiamo in altra sede la spiegazione del funzionamento di queste importanti proteine).

Il risultato è stato un ceppo di batteri capace di produrre in modo efficiente le proteine contenenti Uaas in luoghi diversi. Queste molecole sintetiche come accennato prima sembrano rivelarsi promettenti per lo sviluppo di farmaci con funzioni biologiche ben oltre ciò che è possibile fare con le proteine che includono solo aminoacidi presenti in natura. Possono anche servire come base per la produzione di solventi industriali, biocarburanti, magari contribuendo a risolvere i problemi economici e ambientali associati al petrolio e alla sua produzione e trasporto. "Questa è la prima volta che siamo stati in grado di produrre un ceppo vitale di batteri capaci di questo," ha detto Wang. "Abbiamo ancora strada da fare, ma questo ci da la possibilità di utilizzare questi innaturali amminoacidi nell'ingegneria biologica, e il loro utilizzo è molto più vicino alla realtà di quanto si possa immaginare."

Fonti: Nature chemical biology

AGGIORNAMENTO VECCHIO POST.

2011-09-19T06:30:00.000-07:00

Ho aggiornato un vecchio post, cromatografia per esclusione molecolare o gel filtrazione, cercando di aggiungere qualche informazione in più a riguardo.

UN ACCOMPAGNATORE PER IL GUARDIANO DEL GENOMA.

2011-09-09T14:41:00.000-07:00

La proteina p53 svolge un ruolo di cruciale importanza nella formazione dei tumori, è un vero e proprio guardiano, vigila impedendo che la cellula possa, a causa di danni a carico del DNA che la rendono non più corretamente funzionale, trasformarsi in un tumore. La p53 impedisce ciò avviando un processo di "morte assistita" nota come apoptosi, ci torneremo in seguito nei prossimi post è un argomento molto interessante.

Un ruolo importante nel processo di attivazione della p53 lo svolge la proteina da schock termico Hsp 90, la quale attiva e stabilizza la p53.

Scienziati dell'università di Monaco hanno portato avanti nuovi studi e hanno compreso come le due proteine interagiscono tra di loro. Lo studio è stato riportato sulla rivista Nature structural and molecular biology.

La funzione della cellula è regolata da un insieme di proteine per impedire che la cellula si divida in maniera spropositata.

La proteina Hsp90 come accennato, da questo punto di vista svolge un ruolo importante. Appartiene alla famiglia dei cosidetti "accompagnatori molecolari" (chaperon), la sua funzionalità è quella di essere una sorta di "controllo qualità" , aiuta le proteine ad assumere correttamente la loro forma finale, impedendo che altri fattori all'interno della cellula possano alterare il corretto ripiegamento delle proteine. Viene chiamata proteina da shock termico perchè è una proteina che agisce quando la cellula è sottoposta a particolari stress, aumento di temperatura eccessiva, mancanza di ossigeno, insomma tutti fattori che potrebbero alterare la corretta struttura delle proteine.

Grazie alla tecnica nota come risonanza magnetica nucleare (NMR) gli scienziati dell'università bavarese sono riusciti per la prima volta a caratterizzare le superfici di interazione tra l'Hps90 e la p53, riuscendo a mostrare che la p53 si lega in una forma già strutturata e quindi funzionale. In modo tale che tale proteina sia già attivata quando si dovrà legare al DNA. Per mantenere la p53 nello stato desiderato, siti differenti della proteina accompagnatrice devono interagire in modo strettamente coordinato.

Nella NMR un campione di proteine viene esposto ad una complessa frequenza di impulsi.
I nuclei atomici della proteina reagiscono a questi impulsi con una frequenza di risposta caratteristica , gli scienziati possono misurare questa risposta, insomma ogni singolo nucleo è come se rispondesse alla propria frequenza, in tal modo i ricercatori hanno determinato le connessioni tra i singoli nuclei e hanno dedotto la struttura della proteina. Quando la p53 si lega alla Hsp90 le frequenze di risposta cambiano e sulla base di tali cambiamenti gli scienziati hanno dedotto i siti attraverso i quali le proteine interagivano.

I risultati dello studio hanno mostrato che le superfici di interazione tra la Hsp90 e la p53 potrebbero essere di grande importanza nello studio di nuovi farmaci antitumorali. Infatti la Hsp90 non stabilizza solo la p53 intatta, ma stabilizza e lega anche le versioni modificate e malfunzionanti di tale proteina.

Il legare la versione mutata della p53 ha un effetto negativo sulla proteina accompagnatrice, il motivo è dovuto al fatto che la p53 difettosa legata dalla Hsp90 induce quest'ultima ad interagire anche con le versioni non modificate della p53 inattivandole, e come già accennato il corretto funzionamento della p53 svolge un ruolo importantissimo nella genesi dei tumori. Farmaci in grado di poter sfruttare tali regioni della Hsp90 potrebbero impedire a quest'ultima di legare anche le p53 funzionanti e fare in modo che si indirizzi la sua attenzione solo nei confronti delle forme mutate, permettendo alle forme funzionanti di svolgere la loro funzione in maniera efficace.

Inoltre i ricercatori hanno dimostrato che la p53 non si lega solo al dominio centrale della Hsp90 come si supponeva da tempo, ma interagisce ampiamente anche con l'estremità C-terminale della proteina, dove sono presenti amminoacidi con carica negativa che sono responsabili del corretto legame con la p53. La funzionalità di tali amminoacidi è quella di consentire alla p53 d mantenere la stessa disposizione che ha quando si lega ai nucleotidi sul DNA, dove le cariche negative sono presenti sui gruppi fosfati.

Fonti: 1.Franz Hagn, Stephan Lagleder, Marco Retzlaff, Julia Rohrberg, Oliver Demmer, Klaus Richter, Johannes Buchner, Horst Kessler. Structural analysis of the interaction between Hsp90 and the tumor suppressor protein p53. Nature Structural & Molecular Biology, 2011; DOI: 10.1038/nsmb.2114

IL VIRUS DELLA STOMATITE VESCICOLARE USATO CONTRO I TUMORI

2011-09-07T15:03:00.000-07:00

I ricercatori della Yale university , hanno trovato un virus appartenente alla famiglia dei rhabdavirus che può essere utile nella lotta ai sarcomi. La ricerca è riportata sul Journal of virology.

I Sarcomi dei tessuti molli sono tumori che si sviluppano nei tessuti che collegano, o supportano altre strutture e organi del corpo. Muscoli, tendini, tessuti fibrosi, grasso, vasi sanguigni, nervi e tessuti sinoviali sono un esempio di tessuti molli. Questo tipo di disagio tende ad essere piuttosto raro negli adulti, ma rappresentano circa il 15% delle neoplasie pediatriche e provocano la morte in circa un terzo dei pazienti entro 5 anni dalla diagnosi.
Il virus della stomatite vescicolare (VSV) è un rhabdovirus, appartiene alla stessa famiglia di virus come quello della rabbia, e causa una malattia simile alla afta epizootica nel bestiame.
La ricerca recente ha scoperto che questo virus è anche oncolitico, nel senso che cerca e distrugge i tumori cancerosi.
Studi precedenti hanno già dimostrato che tale virus sembra offrire prospettive promettenti nel trattamento di tumori cerebrali nei topi.
In questo studio i ricercatori hanno studiato il potenziale del VSV e creato una versione migliorata di tale virus (VSV-rp30a) in modo tale che sia in grado di raggiungere in modo efficace, e uccidere, 13 sarcomi diversi. Entrambi i virus infettato in modo efficiente e ucciso 12 dei sarcomi. Inoltre hanno esaminato la capacità di VSV-rp30a di infettare e arrestare la crescita tumorale nei topi. Una singola iniezione endovenosa di VSV-rp30 sembra avere selettivamente contagiato tutti i sarcomi umani sottocutanei testati nei topi e ha arrestato la crescita dei tumori.

Fonti: Paglino, J.C. and van den Pol, A.N. 2011. Vesicular stomatitis virus has extensive oncolytic activity against human sarcomas: Rare resistance is overcome by blocking interferon pathways. Journal of Virology. 85:9346-9358.)

LA COREA DI HUNTINGTON: un esempio di carattere raro dominante.

2011-08-15T01:52:00.000-07:00

Un esempio di carattere raro ereditario è rappresentato da una malattia nota come corea di Huntington. Tale malattia si manifesta in individui di mezza età, che lentamente si ammalano sia mentalmente che fisicamente. La malattia è causata da una progressiva morte delle cellule neuronali e i sintomi sono la degenerazione intelletuale, movimenti irregolari di tipo spastico. Se in un genitore si manifestano i sintomi della malattia nel 50% dei casi i figli hanno la possibilità di svilupparla, purchè vivano fino all'età adulta.

La corea di Huntington tende ad insorgere in tarda età, viene definita per tale motivo una malattia ad insorgenza tadiva. La corea di Huntington è un esempio di caratere raro dominante. Avevo accennato alcune caratteristiche in questo post tempo fa.

La corea di Huntigton è una malattia monogenica, cioè è causata da una mutazione a carico di un singolo gene. Colpisce il sistema nervoso e causa una degenerazione (morte) dei neuroni, come accennato compare in tarda età, verso i 35/45 anni e tende a rimanere silente fino a quell'età. Ciò non costituisce una regola assoluta, chi è portatore dell'allele difettivo può manifestare la malattia anche in età molto avanzata o a partire dall'infanzia.

Fenotipicamente la malattia si manifesta con stati graduali e progressivi di demenza e altre anomalie di carattere neuronale (smorfie bizzarre, l'individuo diventa sempre più distratto, si manifesta perdita di memoria ecc.) Inoltre l'individuo tende ad effettuare movimenti involontari quasi danzanti.

La mutazione avviene a carico di un gene noto come huntingtina (HD) che si trova sul cromosoma 4. La mutazione è dominante e quindi anche l'eterozigosità comporta la presenza del fenotipo mutato.

La mutazione del gene dell'huntingtina è d tipo dinamico, un tipo di mutazione che è determinata dall'amplificazione di una tripletta di CAG in una regione codificante. Sono le stesse mutazioni della sindrome dell'X-fragile, solo che in questo caso le ripetizioni della tripletta di CAG si trovano in una regione non codificante (5'-UTR).

Le mutazioni dinamiche sono mutazioni dovute all'espansione o amplificazione di una tripletta di CAG o CGG in una regione codificante o non codificante (5'-UTR oppure 3'-UTR). Le espansioni delle triplette in geni diversi sono responsabili di numerose patologie, cioè procovano malattie genetiche di diverso tipo. Questo ripo di mutazioni determina un cambiamento nella lunghezza del gene . L'aumento del numero di triplette in zone codficanti. ha come effetto una proteina modifciata nel numero di amminoacidi con conseguenti ripercussioni sulla struttura e funzionalità della proteina codificata dal gene.

La tripletta CGG codifica per l'amminoacido glutammina. La gravità delle manifestazioni fenotipiche è direttamente proporzionale al numero di triplette CAG, cioè la gravità aumenta all'aumentare delle triplette.

Sotto ho riportato un esempio (ho dovuto disegnare di nuovo non ho trovato immagini spero si capisca bene) di come avviene la mutazione nel gene dell huntingtina (HD).

Le mutazioni dinamiche.

Questo tipo di mutazioni sono provocate dall'instabilità di un tratto di DNA in cui il numero delle triplette di CAG tende ad aumentare nella trasmissione da una generazione all'altra. Sono mutazioni dovute all'espansione o all'amplificazione di una tripletta di CAG in una regione codificante o non codificante.

Le triplette di CAG sono le protagoniste principali di questo tipo di mutazione, sono caratterizzate da un espansione dei microsatelliti in questione (cioè queste triplette sono già ripetute in tandem) tale tipo di mutazione causa una ulteriore espansione del numero di tali triplette oltre determinati limiti, ciò comporta una espansione della sequenza, da cui il nome di mutazione dinamica.

Sono un elemento di instabilità genetica veramente insolito, infatti costituiscono un paradosso della genetica classica. Secondo la genetica classica una mutazione in genere è un evento che modifica un gene introducendo un nuovo allele, di conseguenza il gene in questione se verrà trasmesso sarà invariato, a meno di nuove mutazioni alleliche.

Come avviene l'amplificazione delle triplette di CAG?

L'espansione di tali sequenze nucleotidiche può essere dovuta a due motivi principali:

1) errori compiuti dalla DNA polimerasi

2) Errori di ricombinazione in meiosi.

In individui che presentano nella copia del gene un certo numero di ripetzioni in tandem della tripletta di CAG, quando la DNA polimerasi va a duplicare il DNA in quella regione può fare degli errori di replicazione

Questi errori sono dovuti proprio alla elevata quantità di triplette di CAG. Le citosine e le guanine del filamento possono formare durante l'appaiamento delle basi delle strutture a stelo e ad ansa (Stem and Loop) che comportano un vero e proprio slittamento del filamento di DNA. Le conseguenze possono essere due:

1) Aumento delle triplette di CAG.

se si ha la formazione di uno stem o di un loop nel filamento nascente, una tripletta sarà replicata due volte. Dopo la replicazione il secondo codone sarà presente due volte.

2) Diminuzione delle triplette di CAG.

se si ha la formazione di uno stem o loop nel filamento stampo, una tripletta di CAG non sarà replicata. Dopo la replicazione ci sarà un codone in meno nel filamento di nuova sintesi.

In queste zone ricche di triplette di citosina e guanina la DNA polimerasi tende a rallentare perchè replicando gli stessi codoni la quantità dei nucleotidi necessari si abbassa. Ciò comporta continue interruzioni della replicazione del DNA dovute alla mancanza dei residui nucleotidici, in quanto per la sintesi del DNA vi è bisogno di quantità equimolari di nucleotidi (1:1:1:1). Durante la replicazione del DNA i filamenti vengono disappaiati e l'interruzione della sintesi può favorire la formazione di strutture ad ansa che possono provocare uno slittamento della polimerasi durante la sintesi del DNA.

Errori nella ricombinazione del DNA.

In individui che già presentano una espansione considerevole delle triplette di CAG, ma che non manifestano il fenotipo (ed hanno circa 9-30 ripetizioni), si può verificare una ricombinazione (crossing over) sbilanciata nella linea germinale, e ciò può portare alla formazione di cromosomi 4 con triplette CAG aumentate e cromosomi 4 con triplette CAG diminuite. L'espansione dl chr 4 con triplette espanse. può far manifestare la malattia nella progenie. Solo un processo raro come un crossing over ineuale può far ridurre il numero di triplette CAG nella generazione successiva.

Se analizziamo un pedigree di un individuo affetto da corea di huntington notiamo che nelle generazioni precedenti le ripetizioni della tripletta di CAG diminuiscono, man mano che si analizzano le generazioni via via precedenti. Quindi in una gamiglia il numero delle triplette di CAG aumenta progressivamente nella generazione successiva di conseguenza aumenta così il rischio di manifestazione della malattia.

Sotto (spero che si capisca bene) è disegnato un pedigree. In esso tutti gli individui rappresentati dai simboli aperti sono omozigoti per l'allele normale recessivo HD+. Tra i 14 figli nati da un incrocio tra consanguigni il test del DNA mostra che alcuni sono HDHD, altri HDHD+ ed altri ancora HD+HD+.

I figli dei genitori colpiti dalla corea di huntington avranno il 50% di possibilità di ereditare l'allele difettivo ed uno dei propri figli malato. Sono stati elaborati vari metodi per prevedere se un individuo è portatore o no dell'allele HD. Molte persone a rischio si servono del test per decidere se avere figli o meno. Se l'individuo il cui genitore ha avuto la malattia non risultasse portatore dell'allele difettivo, non avrebbe alcuna possibilità di sviluppare e trasmettere la malattia.

Meccanismo della malattia.

Tutte le caratteristiche riportabili alla malattia si possono riportare ad alterazioni del gene HD (huntingtina) localizzato sul cromosoma 4

Come accennato precedentemente, l'espansione del tratto di CAG all'interno della sequenza codificante determina la produzione di proteine carattarizzate da tratti di poli glutammina molto lunghi.

I tratti di poliglutammina sono tossici per i neuroni perchè formano aggregati nucleari attraverso meccanismi sconosciuti che portano alla morte cellulare. Normalmente la proteina huntingtina è un fattore antiapoptotico cioè impedisce l'apoptosi nelle cellule neuronali. Il numero di ripetizioni che vanno oltre il limite di tolleranza (40-121) dela tripletta di CAG nel gene HD determina un cambio della forma nella forma della proteina e nella sua funzionalità. La glutammina sarà presente tante quante volte sarà ripetuta la tripletta di CAG e causerà un ripiegamento diverso dal normale.

La proteina alterata sarà in grado di interagire con altre proteine con le quali la forma normale normalmente non interagisce. In particolar modo si ritiene che nei neuroni una proteasi tagli la HD mutata in due. Una delle due parti entra nel nucleo. Man mano che i pezzi di HD mutati entrano nel nucleo esse si accumulano aggregandosi tra di loro e portando alla morte cellulare. Non è chiaro fino a che punto tali agglomerati siano direttamente responsabili della morte cellulare.

Altre caratteristiche della corea di Huntington sono:

Espressività variabile.

La malattia si manifesta in modo diverso tra individui con lo stesso genotipo cioè lo stesso gene mutato può dare fenotipo differenti.

Inoltre il gene dell'huntingtina presenta due forme:

Forma rigida: quando l'amplificazione della tripletta del gene di generazione in generazione è sempre identica e l'espressività è costante (rigida).

Forma cronica: si verifica nella maggior parte dei casi, quando l'amplificazione della tripletta del gene di generzazione in generazione tende ad aumentare e a determinare variazione nell'espressività.

Anticipazione.

All'aumentare del numero delle triplette l'età di comparsa della malattia è sempre anticipata e poichè il numero delle triplette aumenta di generazione in generazione, nelle generazioni successive la malattia avrà un eordio sempre più precoce. Inoltre all'aumentare del numero del triplette aumenta la gravità delle manfestazioni fenotipiche nelle generazioni successive.

CHAPERONI MOLECOLARI: In Germania compreso il funzionamento di una famiglia di proteine accompagnatrici.

2011-07-07T12:47:00.000-07:00

Le proteine sono formate da specifiche sequenze di amminoacidi che sono allla base della loro struttura e fuzionalità. Quando una proteina viene sintetizzata non è immediatamente funzionale, deve innanzitutto ripiegarsi per assumere la sua specifica conformazione tridimensionale che le permetterà di funzionare completamente. Esiste un gruppo di particolari proteine che svolge questo ruolo, sono noti come chaperoni molecolari.
Per quanto riguarda le proteine che devono occupare un ruolo funzionale nella membrana i chaperoni molecolari non solo legano e trasportano la futura proteina impedendo ad essa di aggregarsi con altre componenti cellulari, ma la aiutano anche ad inserirsi al suo interno. Il meccanismo molecolare di una famiglia di chaperoni molecolari che svolge questo importante ruolo di trasporto e inserimento di proteine nela membrana è stato risolto da un team di ricerca dell'università d Francoforte. La notizia è apparsa su Science il 5 luglio.

Queste proteine sono ancorate alla membrana attraverso una singola struttura ad elica. Sono state soprannominate proteine TA (tail anchored) "coda ancorata".
Sembra che la chiave che sia alla base del meccanismo di corretto smistamento delle proteine sono delle specifiche sequenze segnale che vengono riconosciute dagli chaperoni. Una volta legata la proteina da trasportare, l'inserimento di quest'ultima all'interno della membrana plasmatica avviene grazie al riconoscimento di un recetterore.
In approfonditi studi biofisici il gruppo di ricerca ha mostrato che la porzione centrale della proteina accompagnatrice chiamato Get3, regola sia il legame alle proteine TA all'interno del citosol sia il loro rilascio a livello della membrana. Le due proteine recettori Get1 e Get2 aiutano nell'inserimento le proteine TA. Sembra che un ruolo importante sia svolto dall'interazione con la componente ATPasi Get3. Sulla base delle diverse strutture cristalline i ricercatori suggeriscono un modello per il meccanismo di come le proteine TA sono inseriti nella membrana. Su interazione con il suo recettore di membrana del dimero Get3 si crea una progressiva apertura che consente l'inserimento controllato delle proteine TA.
Nella figura le due subunità Get3 sono mostrate in verde e in blu. Rappresentano il luogo dove le proteine recettere Get1 (rosso e arancione) si legano e interagiscono con Get 3 consentendo l'inserimento nella membrana della proteina.
Fonti: http://www.sciencemag.org/content/early/2011/06/29/science.1207125

LA BGI SEQUENZIA IL GENOMA DEL BATTERIO E.COLI COMPARSO IN GERMANIA.

2011-06-03T01:20:00.000-07:00

Nella speranza che non si tratti di un qualcosa di incontrollabile, a fronte della recente epidemia di infezione di E.coli che si è diffusa in Germania la University Medical Centre Hamburg-Eppendorf e la BGI-Shenzhen hanno sequenziato il genoma del batterio per iniziare a valutare i rischi per la salute umana. Dalle analisi è risultato che il ceppo di E.coli in questione appartenga ad un ceppo sconosciuto definito dagli autori del lavoro molto tossico. In genere l'E.coli è un batterio che si trova comunemente nell'intestino degli esseri umani e degli animali a sangue caldo.
La maggior parte dei ceppi di E. coli sono innocui.

Alcuni ceppi tuttavia, come Enteroemorragico E. coli (EHEC), possono causare gravi malattie di origine alimentare. E 'trasmessa all'uomo principalmente attraverso il consumo di alimenti contaminati, come i prodotti di terra crudi o poco cotti di carne e di latte crudo. La sua rilevanza a livello di sanità pubblica è stata riconosciuta nel 1982, in seguito ad un'epidemia negli Stati Uniti d'America. EHEC produce le tossine, noto come verotoxins o tossine Shiga-like a causa della loro somiglianza alle tossine prodotte da Shigella dysenteriae. EHEC può crescere a temperature che vanno da da 7 ° C a 50 ° C, con una temperatura ottimale di 37 ° C. Alcuni EHEC possono crescere in alimenti acidi, fino a un pH compreso tra 4,4 e negli alimenti con un minimo di attività dell'acqua (Aw) di 0,95. Viene distrutto dalla cottura completa dei cibi giàò a temperature di 70 ° C o superiori. E. coli O157: H7 è il sierotipo più importante EHEC in relazione alla salute pubblica, tuttavia, altri sierotipi sono stati spesso coinvolti in casi sporadici e in vari focolai.

Secondo l'ultimo annuncio di funzionari della sanità tedesca, il numero di morti in Europa dal inizio dell'epidemia è salito ad almeno 17. Oltre 1.000 nuovi casi di infezione sono stati segnalati anche in altre parti d'Europa, tra cui Svezia, Danimarca, Paesi Bassi, Regno Unito, e altri ancora. La University Medical Center Hamburg-Eppendorf ha ottenuto la maggioranza dei pazienti infetti dal nord della Germania ed ha osservato che il trattamento antibiotico era inefficace.

BGI è stato informato della situazione di pericolo e, in collaborazione con l'University Medical Center Hamburg-Eppendorf researchers, utilizzato la loro tecnologia genomica per determinare il ceppo infettivo, in modo tale da ottenere informazioni su quelli che possono essere i meccanismi di infezione, e facilitare lo sviluppo di misure di lotta contro la diffusione di questa epidemia.

Dopo aver ricevuto i campioni del DNA batterico, la BGI ha terminato il sequenziamento del genoma del batterio entro tre giorni, utilizzando la loro piattaforma di sequenziamento di terza generazione - Ion Torrent of Life Technologies. L'analisi bioinformatica ha rivelato che questo E. coli è un nuovo ceppo di batterio altamente infettivo e tossico.

Secondo i risultati del gruppo di progetto in corso (disponibile per il download al sito ftp://ftp.genomics.org.cn/pub/Ecoli_TY-2482), la dimensione stimata del genoma di questo nuovo ceppo di E. coli è di circa 5.2 Mb (megabasi). L'analisi di sequenza ha indicato che questo batterio è un sierotipo EHEC O104 di E. coli, tuttavia, si tratta di un nuovo sierotipo - in precedenza non coinvolto in alcun focolaio di E. coli. L'analisi comparativa ha dimostrato che questo batterio ha delle similarità di sequenza del 93% con la CEEA 55.989 un 'altro ceppo di E. coli, che è stato isolato nella Repubblica Centrafricana e noto per causare una grave diarrea. Il nuovo ceppo di E. coli, tuttavia, ha anche acquisito sequenze specifiche che sembrano essere simili a quelli coinvolti nella patogenicità della colite emorragica e della sindrome emolitico-uremica. L'acquisizione di questi geni può essersi verificato attraverso il trasferimento genico orizzontale. L'analisi ha dimostrato inoltre che questo batterio mortale comporta numerosi geni che lo rendono resistente agli antibiotici, inclusa la resistenza nei confronti di aminoglicosidi, macrolidi e antibiotici beta-lattamici: tutto ciò rende estremamente difficile il trattamento antibiotico.

Il team di ricerca analizzerà ulteriormente l'integrità dei geni di virulenza, i loro profili di espressione, la resistenza ai farmaci, e i meccanismi di trasferimento genico seguita dalla convalida di questi geni in altri ceppi. Inoltre BGI e collaboratori stanno mettendo a punto kit diagnostici per aiutare a limitare l'epidemia.

Per ottenere gli aggiornamenti immediati andate sulla pagina di Twitter: @ BGI_Events.

Le sequenze di questo nuovo ceppo di E. coli sono state caricate su NCBI (SRA No: SRA037315.1) e sono inoltre disponibili per il download immediato all'indirizzo ftp://ftp.genomics.org.cn/pub/Ecoli_TY-2482.

fonti:

http://www.bgisequence.com/eu/newsandevents/news/bgi-sequences-genome-of-the-deadly-e-coli-in-germany-and-reveals/

OMS: organizzazione mondiale della sanità

CARNEVALE DELLA BIODIVERSITA' IV: Alieni fra noi

2011-05-24T23:46:00.000-07:00

Sta per partire la quarta edizione del carnevale della biodiversià. La tornata di questo carnevale sarà ospitata dal blog Erba volant, di Renato Bruni, uno dei migliori dell'intera blogosfera italiana, per la botanica o non solo.
A differenza degli altri carnevali che si svolgevano ogni due mesi il giorno 12, la data di pubblicazione subirà un piccolo cambiamento, infatti sarà il 22 giugno.
L'argomento su cui graviteranno i post di questa edizione è decisamente interessante, e siamo sicuri che ancora una volta solleticherà la vostra curiosità e fantasia. Eccolo:

"Alieni fra noi”

I blog che vogliono aderire all'iniziativa devono inviare una email al proprietario del blog Erba volant!

LA REPLICAZIONE DEL DNA NEI PROCARIOTI parte 1

2011-05-23T04:10:00.000-07:00

La replicazione del DNA la possiamo suddividere in 3 processi:
Inizio: In questa fase avviene il riconoscimento della molecola di DNA nei siti in cui deve avere inizio la replicazione della doppia elica.
Allungamento: I filamenti vengono copiati.
Terminazione: completamento della replicazione del DNA.

Inizio della replicazione del genoma.
L'inizio del processo della replicazione non è un processo casuale, nel senso che non avviene in qualsiasi punto del DNA, ma avviene in una precisa posizione che è nota come origine della replicazione.
Una volta che il processo della plicazione inizia in questa regione si formano le cosidette forcine di replicazione che procedono in direzione opposta lungo il DNA; la replicazione dunque è bidirezionale. Una delle prime differenze nei processi di replicazione tra procarioti ed eucarioti consiste appunto nel sito di origine. Un Dna circolare di un procariota in genere contiene una sola forcina di replicazione, la quale da sola è in grado di duplicare migliaia di kb (kilobase) di DNA, situazione che differisce di molto da quella delle cellule eucariotiche dove possiamo trovare molte origini di replicazione.

L'origine di replicazione.
L'origine di replicazione è meglio caratterizzata nel batterio E.coli ed è nota come OriC. Tale origine di replicazione si estende per cira 245 coppie di basi. L'analisi della sequenza di questo segmento mostra che vi è la presenza di due brevi ripetizioni, una di 9 l'altra di 13 coppie di basi.

La struttura generica di tale regione nucleotidica la possiamo osservare nell'immagine sopra,vi sono due brevi segmenti ripetuti più volte, tre da 13 nucleotidi e due da 9 coppie di basi. Molti enzimi sono coinvolti nel processo di inizio della replicazione. Il loro principale compito è di separare la doppia elica del DNA, e attraverso un legame con i suoi filamenti portare alla formazione del cosidetto complesso d'inizio, che sarà di fondamentale importanza per tutte le future reazioni che porteranno alla sintesi di un elica figlia. Una delle prime proteine ad entrare in gioco è nota come DnaA.

Lo scopo della proteina DnaA è quello di denaturare la porzione di doppia elica che è stata legata, per la precisione viene denaturata la regione al livello di tre ripetizioni in tandem del motivo di 13 nucleotidi particolarmente ricco di A-T. Il meccanismo particolare con cui avviene la denaturazione della doppia elica è sconosciuto infatti non sembra possedere una attività enzimatica, infatti si pensa che la denaturazione sia dovuta ad una tensione torsionale dovuta al legame della proteina con le sequenze nucleotidiche. In particolar modo si pensa che le proteine DnaA che legano le sequenze nucleotidiche formino una vera e propria struttura a barile intorno alla quale si avvolge l'elica di DNA. La proteina DnaA riconosce e in seguito denatura la regione di 13 coppie di basi di DNA ricche in appaiamenti di A=T. Tale processo richiede un consumo di energia metabolica (ATP) e l'intervento della proteina istone simile HU, molto abbondante nei procarioti. In seguito sono coinvolte altre proteine, DnaC e DnaB.
La prima, trasporta la proteina DnaB all'interno della regione non avvolta. Due esameri di DnaB, funzionano da elicasi aderendo ognuno ad un elica di DNA, disavvolgono il DNA in entrambi le direzioni, creando due future forcelle di replicazione.
Bisogna sempre tenere in considerazione il fatto che la distinzione tra la fase d'inizio e di allugamento della replicazione non è un qualcosa di netto, non vi è discontinuità tra i due processi.

Allungamento
Una volta formatasi la forcina di replicazione ha inizio la duplicazione del DNA. E'palese il fatto che durante la replicazione devono essere copiati entrambi i filamenti della doppia elica. Ciò costituisce un problema notevole dal momento che gli enzimi coinvolti nella copia della doppia elica (le polimerasi) possono eseguire la copia solo spostandosi in direzione 5'-3'. Ne consegue che uno dei filamenti può essere copiato senza problemi mentre l'altro definito filamento tardivo è copiato in maniera discontinua con formazione di piccoli frammenti che in un secondo momento devono essere unificati. Un altro problema è costituito dal fatto che le DNA polimerasi templato dipendenti (stampo dipendenti) sono totalmente incapaci di sintetizzare un filamento nucleotidico senza la presenza di un primer (un innesco di RNA), e di conseguenza su una molecola a singolo filamento. Ecco perchè dell'utilizzo del primer, ci deve essere un nucleotide all'estremità 3' a partire dalla quale l'enzima inizia ad aggiungere i nuovi nucleotidi. Nel filamento definito leader è necessario un solo innesco, mentre nel filamento lento dovranno essere utilizzati ogni volta che un nuovo frammento viene sintetizzato.

Le DNA elicasi provvedono a disavvolgere il DNA parentale e la tensione topologica prodotta dalla stessa elicasi viene annullata dalla DNA topoisomerasi. Ogni catena polinucleotidica separata viene stabilizzata da un particolare gruppo di proteine definite SSB proteine che legano i singoli filamenti ormai disappaiati. Tali proteine sembrano svolgere un ruolo importante nello stabilizzare i singoli filamenti, evitando che essi possano essere dannegiati da enzimi e facendo si che i filamenti appena disappaiati non si riuniscano tra di loro. Da questo momento in poi la sintesi dei filamenti complementari è differente sotto alcuni aspetti.

ma di questo parliamo nei prossimi post.

ResearchGate

2011-04-28T05:28:00.000-07:00

Di social network ormai ne sentiamo parlare ogni giorno, Facebook, twitter ecc; da Harvard invece è arrivato ResearchGate. Di cosa si tratta? E' un vero e proprio social network per ricercatori e scienziati. E' rivolto principalmente a ricercatori i quali possono poi scambiare commenti, condividere e discutere le scoperte scientifiche ma anche pubblicare e scaricare articoli accademici, partecipare attivamente agli eventi, trovare possibilità lavorative e programmi post lauream.

In breve tempo è diventato il più grande social network accademico gratuito per scienziati e ricercatori al mondo. Ovviamente è aperto a ricercatori provenienti da molte discipline, medici, biologi, chimici, fisici, ecc.

E’ possibile anche creare una Sub-Community accessibile solo ai ricercatori di una determinata università, facoltà o gruppo di ricerca: un modo efficace e riservato per tenersi in contatto e scambiarsi informazioni, beneficiando della banca dati di ResearchGate.

Il sito offre anche una bacheca con offerte di lavoro e programmi post-lauream riguardanti tutte le discipline scientifiche.

Dategli una occhiata: ResearchGate

DI CHE TIPO E' IL TUO BATTERIO INTENSTINALE?

2011-04-20T14:23:00.000-07:00

Nuova scoperta dimostra che la flora intestinale di un individuo, senza distinzine di sesso, età, nazionalità, si organizza in gruppi ben determinati.
I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature.

Come parte di un grande consorzio internazionale di ricerca, gli scienziati dell'Università di Copenhagen hanno recentemente contribuito allo sviluppo di una mappa volta a suddividere i microganismi della nostra flora intestinale in "enterotipi", i risultati hanno mostrato, almeno per ora, la presenza di tre gruppi distintivi di batteri nell'intestino umano distale. Ognuno di questi enterotipi sembra giocare un ruolo importante nell'equilibrio tra le diverse categorie di batteri presenti nell'intestino distale, si pensa che l'impatto di tali batteri intestinali sia vasto, dal digerire gli avanzi alimentari, e nell'utilizzare questi per la consegna di energia per lo stesso intestino e l'intero metabolismo dell'organismo, così come avere ripercussioni sui farmaci che vengoo assorbiti attraverso il tratto gastrointestinale.

La scoperta di enterotypes dovrebbe avere ripercussioni per la futura ricerca all'interno di un certo numero di settori.
I risultati dimostrano che può essere stato scoperta una 'impronta biologica' nuova, dello stesso impatto della scoperta dei gruppi sanguigni. I tre enterotipi sono stati trovati in tutte le nazionalità e sono indipendenti dal sesso e dall'età. Ogni enterotipo ha una certa composizione di batteri che sembrano assolvere a specifiche funzioni, per esempio la produzione di energia dalla degradazione delle fibre alimentari o di formazione di alcune vitamine. Ciò potrebbe potenzialmente influenzare un certo numero di funzioni biologiche, dalla dieta ai tipi di farmaci da assumere.

Egli sottolinea che i risultati pubblicati su Nature non mostrano nulla di preciso sui meccanismi molecolari con cui i tre enterotipi individualmente colpiscono le persone che ospitano i batteri. Dopo ulteriori ricerche, più i cluster batteri intestinali è molto probabile che si aggiungono ai tre enterotipi, che sono stati identificati finora. Tuttavia, la scoperta della loro esistenza, offre nuove opportunità per ricercatori di studiare come i batteri intestinali, in totale si calcola che rappresentino circa 1,5 chili, che tutti abbiamo nel nostro sistema digerente, possa avere ripercussioni sulla nostra salute.

NUOVI PROBABILI MARCATORI PER LA DIAGNOSI DEL MELANOMA

2011-04-15T15:05:00.000-07:00

Gli scienziati della Yale University hanno identificato una serie di biomarcatori plasmatici che potrebbero prevedere il rischio di metastasi tra i pazienti con melanoma, la ricerca è stata pubblicata sul Clinical Cancer Research, una rivista della American Association for Cancer Research

Il melanoma è il quinto tumore più comune negli uomini e il settimo cancro più comune nelle donne. Si stima che 68.130 persone negli Stati Uniti sono stati diagnosticati nel 2010, e 8.700 morti. Con un adeguato screening, il melanoma può spesso essere diagnosticato precocemente ed essere rimosso grazie alla chirurgia. Il rischio di metastasi per questo tumore varia da meno del 10 per cento per quelli con melanoma di stadio 1A, ad oltre il 70 per tumori definiti di stadio 3.
I pazienti con melanoma sono in genere sottoposti ad una combinazione di test di imaging, esami del sangue ed esami fisici, ma non c'è un chiaro consenso su quanto spesso questi test dovrebbero verificarsi o quanto siano affidabili

Kluger e colleghi hanno testato il plasma di 216 persone, compresi 108 pazienti con melanoma metastatico e 108 pazienti con la malattia rispettivamente allo stadio 1 o 2. Hanno individuato sette biomarcatori plasmatici: CEACAM, ICAM-1, osteopontina, MIA, GDF-15, TIMP-1 e S100B

Tutti questi biomarker erano più elevati nei pazienti con melanoma metastatico rispetto ai pazienti con malattia in stadio precoce. In effetti, il 76 per cento dei pazienti con malattia in stadio precoce non ha avuto aumenti a tutti mentre l'83 per cento dei pazienti ha avuto innalzamenti di almeno un marker metastatico.
Ovviamente secondo Kluger molti altri studi dovranno essere effettuati prima di poter usare tali marcatori per diagnosticare con accuratezza la malattia.

Fonti: Eurekalert; http://clincancerres.aacrjournals.org/content/17/8/2417.abstract?sid=7bbf2458-0109-4dcb-99a0-9c5e59365731

L'IMPORTANZA DEI MOVIMENTI STRUTTURALI NELLA FUNZIONALITA' ENZIMATICA.

2011-04-11T03:30:00.000-07:00

Dallo Scripps Research Institute un nuovo studio, questa volta l'oggetto della ricerca è la funzionalità di un enzima di E.coli, la ricerca mostra il particolare movimento che la struttura proteica deve eseguire per effettuare la sua corretta funzione. Lievi oscillazioni della durata di qualche millesimo di secondo hanno un enorme impatto sulla funzionalità di un enzima. Il blocco di tali movimenti, senza l'alterazione della struttura complessiva dell'enzima o di altre proprietà che lo caratterizzano, rende l'enzima difettoso nello svolgimento delle reazioni chimiche. Non bisogna pensare alle proteine come a delle strutture rigide, per fare un esempio pensiamo alle macchine, ci sono componenti rigide ma altre in grado di svolgere determinati movimenti per consentirne il funzionamento ottimale; stesso discorso vale per le proteine.

Il modello ezimatico in questione è l'enzima diidrofolato reduttasi (DHFR) del comune batterio Escherichia coli, che è stato utilizzato come modello per la comprensione di come gli enzimi catalizzano (provocano o accelerarano) reazioni chimiche. La maggior parte dei ceppi di E. coli sono innocui, ma alcuni possono essere coinvolti gravi problemi alla salute.

Le cellule batteriche non possono vivere senza il DHFR, infatti tale enzima è il bersaglio di molti antibiotici. Le cellule umane, in particolare le cellule in rapida divisione, utilizzano la DHFR, i farmaci che agiscono sulla versione umana, come il metotrexato, sono spesso utilizzati in chemioterapia.

L'enzima DHFR sprona la conversione di un composto chiamato diidrofolato (DHF) in una forma diversa, tetraidrofolato (THF), che è necessaria da parte delle cellule per la sintesi del DNA. Nella sua reazione chimica, DHFR utilizza un helper o un co-fattore, chiamato NADPH. Esso catalizza il trasferimento di un idruro (un ione negativo dell' idrogeno) dal NADPH al DHF per la produzione di THF. Precedenti studi hanno mostrato che i amminoacidi che circondano il sito attivo sono flessibili, e che uno dei cicli di reazione la proteina può adottare due diverse conformazioni durante il ciclo catalitico.
Fino ad ora, tuttavia, il significato di questi movimenti è rimasto oscuro.

Per il nuovo studio, gli scienziati hanno utilizzato una tecnica di imaging nota come risonanza magnetica nucleare (NMR), in combinazione con la cristallografia a raggi X. A differenza della normale cristallografia a raggi X, una tecnica utilizzata per determinare la struttura delle proteine nei cristalli, i ricercaotri hanno sfruttato un metodo NMR che ha permesso agli scienziati di visualizzare i movimenti delle proteine in soluzione. La tecnica è in grado di catturare i movimenti delle proteine in un lasso di tempo che è rilevante per il funzionamento enzimatico, e che va nell'ordine dei millisecondi.

Per determinare l'importanza delle oscillazioni, l'obiettivo della squadra di ricerca è stato innanzitutto causare una mutazione nell'enzima DHFR che impediva ad una porzione flessibile nota come Met20 di muoversi. Per sapere quali amminoacidi cambiare, gli scienziati hanno confrontato la sequenza della proteina batterica DHFR con quella dell'enzima umano, in quanto nell' enzima umano la porzione Met20 è più rigida.

Quando gli scienziati hanno esaminato mediante cristallografia a raggi X l'enzima, hanno potuto vedere che la struttura dell'enzima mutante era quasi identica a quella enzima wild type. Tuttavia, l'analisi NMR ha rivelato che il ciclo Met20 e altre parti del sito attivo non erano più flessibili nel mutante.

L'enzima mutato ha trasferito lo ione idruro ad una velocità che era di 16 volte più lenta di quella dell'enzima wild-type, con una sostanziale perdita della funzionalità enzimatica.

In realtà si sapeva da tempo che le proteine eseguono dei piccoli movimenti fondamentali per la loro funzionalità ma questa è stata la prima dimostrazione fisica dell'importanza di tali movimenti.

Nell'enzima DHFR dell'E.coli i movimenti nel sito attivo aiutano a spingere il NADPH e il DHF vicini l'uno all'altro. Questa vicinanza lo rende il trasferimento di idruro da NAPDH più efficiente DHF. Se il sito attivo non può muoversi, le molecole non sono sufficientemente vicine l'uno all'altro per permettere alla reazione chimica di verificarsi.

Ciò potrebbe aprire nuove strade durante la progettazione di farmaci che inibiscano o aumentano la funzione enzimatica potrebbe facilitare la funzione dei farmaci. Ad esempio, poiché i movimenti nel DHFR batterica sono diversi da quelli nell'enzima umano, questa differenza potrebbe essere sfruttata per progettare farmaci che sono specifici per l'enzima batterico. "Potrebbe aiutare a ridurre i gravi effetti collaterali di farmaci che DHFR obiettivo".

Fonti: Science

SCOPERTI 4 NUOVI GENI COINVOLTI NELL' INSORGENZA DELL'ALZHEIMER

2011-04-05T00:20:00.000-07:00

Novità dal mondo della ricerca. Ricercatori di un consorzio costiuito da 44 università e istituti di ricerca negli Stati Uniti, tra cui Rush University Medical Center, ha identificato quattro nuovi geni legati alla malattia di Alzheimer.

Ogni gene aggiunge individualmente il rischio di avere questa comune forma di demenza negli stadi tardivi della vita.
I risultati, sono stati pubblicati nel numero di aprile di Nature Genetics, e offrono una nuova visione sulle cause alla base della malattia di Alzheimer.
Nello studio, sul morbo di Alzheimer il consorzio genetico di cui abbiamo accennato sopra, hanno condotto un'analisi genetica su più di 11.000 persone affette dal morbo e su quasi lo stesso numero di persone anziane che non hanno mostrato sintomi di demenza.

L'Alzheimer's Disease Center Rush hanno contribuito con i dati clinici e genomici con più di 1500 partecipanti in due dei suoi studi.
Tre altri consorzi hanno dato il loro contribuito confermando i dati di altre persone, portando il numero totale di persone sotoposte ad analisi a più di 54.000. Il consorzio ha inoltre contribuito alla identificazione di un quinto gene.
Fino a poco tempo, solo quattro geni confermati erano stati associati all' insorgenza tardiva dell'Alzheimer. Il gene per l'apolipoproteina E-e4, APOE-e4, individuato oltre 15 anni fa, ha il più grande effetto sull'insorgenza della malattia. Negli ultimi due anni, tre geni supplementari sono stati identificati, tra cui CR1, CLU, e BIN1. Il presente studio aggiunge altri quattro geni - MS4A, CD2AP, CD33, e EPHA1 - e contribuisce alla identificazione e alla conferma di altri due geni, BIN1 e ABCA7, raddoppiando così il numero di geni noti per essere coinvolti nella malattia di Alzheimer.

Inoltre, gli studi genetici possono aiutare i ricercatori a capire i meccanismi patogenetici che iniziano nel cervello molto prima della comparsa dei sintomi, eventualmente distruggendo ampie parti del cervello e provocando la perdita completa della capacità cognitive. Un obiettivo primario degli studi genetici è quello di aiutare ad identificare chi è a rischio di sviluppare la malattia, che sarà importante quando le misure di prevenzione saranno disponibili.

fonti: eurekalert