Giuseppe Benanti

Tutto sui baobab, alberi millenari dai poteri straordinari

2021-12-09T19:33:00.003+01:00

Con il loro aspetto alla Dr. Seuss, i frutti a forma di salsiccia e gli interni spaziosi , i baobab africani sono tra gli alberi più strani della Terra. E forse nessuno è più famoso del Big Tree dello Zimbabwe,

un colosso di 25 metri (sopra) visitato da centinaia di migliaia di persone ogni anno nel loro viaggio verso le vicine Victoria Falls. Ora, gli scienziati affermano di aver determinato l'età di questo straordinario esemplare, un compito più complicato di quanto si pensasse inizialmente. I baobab non possono essere datati come la maggior parte degli altri alberi. Alcuni anni non formano anelli, altri ne formano più di uno. Quindi il semplice conteggio dei loro anelli non rivela molto sulla loro età. Invece, in un nuovo studio, i ricercatori si sono rivolti alla datazione al radiocarbonio. Calcolando il rapporto tra carbonio-14 instabile e carbonio-12 stabile in campioni di legno del Grande Albero, il team ha scoperto che gli steli del baobab appartengono a tre generazioni diverse. Il più antico risale a circa 1150 anni , gli scienziati hanno riportato il mese scorso in Dendrochronologia . È più vecchio di quanto originariamente previsto dalla squadra in base alle dimensioni del baobab. Questo albero è cresciuto particolarmente lentamente, forse perché è stato periodicamente stressato dalle violente tempeste note per affliggere la regione, propongono i ricercatori. Stime precedenti dell'età del Grande Albero, basate principalmente su speculazioni, variavano da 1000 a 2000 anni. La tecnica del radiocarbonio può essere utilizzata per invecchiare altri alberi con storie di crescita complicate, suggerisce il team. Determinare l'età di queste leggende viventi è importante per capire se sono esistite abbastanza a lungo da aver resistito a cambiamenti climatici significativi: negli ultimi anni, cinque su sei dei più grandi baobab africani sono morti , probabilmente a causa del cambiamento climatico. Il baobab è una pianta nativa africana spettacolare: imponente nelle dimensioni oltre che importante ed utile per le numerose risorse che fornisce agli uomini delle popolazioni locali e agli animali. Un simbolo ricco di tradizioni e proprietà in una terra affascinante.

Un baobab in Tanzania

L’origine del nome Il nome scientifico è Adansonia digitata, ma il suo nome comune deriva dall’arabo buhobab, “che ha molti semi”, un’espressione utilizzata secoli fa al Cairo dai commercianti che vendevano i frutti di questo albero. Esso è conosciuto anche con molti altri nomi locali, tra i quali dead-rat tree (per l’aspetto dei suoi frutti), monkey-bread tree (per la consistenza dei suoi frutti) e upside-down tree (per i suoi rami spogli che sembrano radici) e kremetartboom dalla lingua afrikaans, cioè l’albero della crema di tartaro, poiché la polvere biancastra contenuta nei suoi frutti venne erroneamente scambiata per crema di tartaro. I sopracitati sono gli appellativi comuni più conosciuti, ma se ne aggiungono altri come, per esempio, quelli in lingua hindi.

Localizzazione, dimensioni ed età I baobab si originarono milioni di anni fa in Africa orientale e successivamente i suoi semi si dispersero in altre parti del mondo generando nuove specie. In Madagascar esistono sei specie esclusive che non si trovano al di fuori di questo territorio. In Australia si trova la A. gregorii. Il baobab è presente naturalmente nella maggior parte dei paesi del Sahara. Solitamente crescono come individui solitari, ma talvolta anche in piccoli gruppi nell’ecosistema della savana dalla provincia di Limpopo nel Sud Africa fino all’Africa occidentale e nel deserto dell’Eritrea nell’Africa settentrionale. In ogni caso, il terreno adatto al loro sviluppo è arido o semi-arido e con sabbia poco profonda. Il baobab è una specie estremamente longeva, si dice che alcuni individui abbiano più di 1000 anni, e generalmente arrivano a raggiungere un’altezza di 20-30 metri con un diametro dai 2 ai 10 metri nell’età adulta. Radici La prima radice prodotta dalla piantina di un giovane baobab è un fittone dal quale successivamente si svilupperanno le altre radici laterali. Nell’insieme il sistema radicale non è molto sviluppato in profondità, ma è fittamente esteso affinché possa assorbire tutta l’acqua piovana disponibile. Le radici sono spesso esposte sulla superficie del suolo, se questo è sottoposto a processi di erosione, o eventualmente su una roccia. Tronco e corteccia Circa il 70% di massa totale del tronco è costituita da acqua, infatti l’aspetto è quello di una struttura gonfia e spugnosa, sebbene sia piuttosto duro al tatto. Il quantitativo elevato di acqua garantisce all’albero non solo la sopravvivenza durante la stagione secca, bensì anche la verticalità. Infatti, alla morte del baobab, il tronco collassa al suolo formando un cumulo di fibre di legno disidratate. Gli alberi maturi sono spesso cavi, e quando sono ancora giovani, se il tronco si danneggia, sono in grado di produrre uno o due steli che cresceranno come tronchi principali. Le cavità dei baobab sono tipicamente così ampie che in passato venivano utilizzate dagli uomini come uffici postali o addirittura prigioni! Il legno poroso e leggero è adatto per la costruzione di canoe, cestini e salvagente da rete da pesca. La corteccia di baobab è grigia, tendente alla colorazione marrone o alle sfumature del rame. Essa ha una straordinaria capacità di rigenerazione e, al di sotto, si trovano fibre nutritive per uomini ed elefanti. Il sottile strato verde sottostante alla corteccia grigia sembra incrementi l’attività fotosintetizzante dell’albero. Le fibre della corteccia sono adatte a realizzare corde resistenti, spaghi e tessuti.

Foglie Una foglia matura è composta da un minimo di 4 fino a un massimo di 9 foglioline, le quali possono portare l’intera foglia a un diametro di 20 cm. Gli stomi della pagina inferiore sono più larghi se confrontati con quelli di altre specie e ciò comporta una maggiore perdita d’acqua. Per limitare questo, le foglie cadono durante la stagione secca e gli alberi rimangono rigogliosi solo cinque mesi l’anno, per esempio in Sud Africa da novembre a marzo. Le tribù locali si nutrono delle foglie cotte come spinaci. Il vantaggio è che possono essere conservate secche per molti mesi prima di essere mangiate. Hanno un alto contenuto di aminoacidi, vitamine e minerali e sono un ottimo mangime per animali. Fiori I fiori sono grandi, bianchi e rilasciano un odore intenso. Per il loro aspetto vengono spesso confusi per i frutti. I fiori sbocciano prima e durante la stagione piovosa, dunque da novembre a gennaio, ma sbocciano di notte e rimangono aperti solo per 18 ore, dopo di che i petali cadono. Nelle aree secche un baobab può impiegare anche 200 anni prima di produrre qualche fiore. Mentre questo tempo si riduce a 23 anni se l’albero viene innaffiato regolarmente ogni giorno. Frutti

I frutti hanno forma allungata e possono arrivare a pesare anche 2 kg con 400 semi circa. Hanno un guscio duro ricoperto da alcuni peli molto corti che gli conferiscono una consistenza vellutata. Al suo interno si trova una polvere biancastra in cui i semi sono legati ad alcune fibre di colore rosso. Per le proprietà nutritive della sua polvere è denominato “Africa’s superfruit”. Essa è commestibile e apporta alla dieta umana buone quantità di calcio, magnesio e vitamina C, oltre a potassio, ferro e fibre.La polpa del frutto è ricchissima di vitamine, in particolare di vitamina C, e minerali, ed è anch’esso un alimento comune in molte tribù locali. La maturazione del frutto è raggiunta dopo 4-5 mesi, al termine del quale esso si stacca e, cadendo al suolo, il guscio si rompe. Semi I semi sono grandi circa 1 cm, di colore scuro, a forma di rene. Il centro del seme è morbido e dal sapore che ricorda le noci. I semi sono componenti di diversi piatti tipici tradizionali. Inoltre, da essi si estrae un olio particolarmente utile nell’industria cosmetica. Questi oli contengono elevate quantità di Omega 6 e numerosi acidi grassi. Grazie al rapido ed efficace assorbimento sulla pelle, si producono svariate creme idratanti, lozioni e unguenti. Ma del seme non si butta via nulla! Infatti, il guscio viene usato come alimento per gli animali, e dopo cottura, anche per gli uomini. Riproduzione I maggiori responsabili dell’impollinazione dei fiori di baobab sono i pipistrelli e gli sfingidi (una famiglia di lepidotteri), ma non mancano uccelli e altri insetti. Come succede comunemente, il polline si attacca al corpo di questi animali, quando questi succhiano il nettare dei fiori. Questi sono adatti all’impollinazione da parte di tali animali, poiché sono larghi, robusti, posizionati alla fine dei rami e si aprono durante le ore notturne. Interessante il fatto che solo alcuni fiori si aprono di notte in modo da spingere gli impollinatori a cercare altri alberi e favorire così l’impollinazione incrociata. Una volta avvenuta l’impollinazione, segue la fecondazione e dunque la crescita di una piccola piantina di baobab (fase di germinazione). I giovani baobab comunque differiscono molto nell’aspetto rispetto agli individui adulti: la corteccia è liscia e i rami sono filiformi. Il presente e il futuro del baobab I baobab contengono delle sostanze che provengono dal frutto, dal legno, dalla corteccia, e dalle foglie, considerate curative. Queste parti del baobab sono usate come panacea, cioè utili per trattare ogni malessere in generale e specialmente alcune malattie di cui si è documentata l’efficacia curativa attraverso l’utilizzo di questo albero, come per esempio, malaria, tubercolosi, febbre, infezioni da microbi, diarrea, anemia, dissenteria e mal di denti. Questo albero rappresenta una ricchezza non solo per gli uomini, bensì anche per gli animali. Alcuni esempi sono: i pipistrelli e gli insetti si nutrono del nettare di baobab, molti uccelli costruiscono i loro nidi sui suoi rami altissimi, gli elefanti ne raschiano la corteccia e si nutrono di essa e i babbuini si cibano dei suoi frutti. La causa più probabile della riduzione di baobab viventi è la distruzione delle piantine da parte degli animali domestici che se ne cibano. Un’altra causa di tale decremento è la trasformazione degli ambienti in cui naturalmente i baobab crescono. Inoltre, anche la crescita eccessiva di corteccia, che si forma per riparare le ferite, provoca la morte dell’albero perché esso perde molta acqua e si espone alle malattie. In questa condizione il baobab assume una colorazione nero-carbone. Tuttavia, tale condizione può risanarsi qualora le piogge diventino abbondanti e la crescita di corteccia rallenti. Il Sud Africa è uno dei pochi paesi africani che possiede leggi per la tutela dei baobab. The Forest Act ne vieta l’abbattimento e il progetto the Champion Tree nasce per protegge singoli alberi importanti a livello storico o ambientale nel paese, come il Sagole e il Sunland.

Con 53 milioni di dollari creata una rete di robot galleggianti sugli oceani

2021-09-05T13:13:00.000+02:00

Il 29 ottobre 2020, la National Science Foundation ha approvato una sovvenzione di 53 milioni di dollari a un consorzio delle principali istituzioni di ricerca oceanica del paese per costruire una rete globale di sensori chimici e biologici che monitoreranno la salute degli oceani. Gli scienziati del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), dell'Università di Washington, della Scripps Institution of Oceanography e della Princeton University utilizzeranno questa sovvenzione per costruire e distribuire 500 galleggianti robotici

Un galleggiante robotico ,tipo SOCCOM

per il monitoraggio degli oceani in tutto il mondo. Questa nuova rete di galleggianti, chiamata Global Ocean Biogeochemistry Array (GO-BGC Array), raccoglierà osservazioni di chimica e biologia oceaniche tra la superficie e una profondità di 2.000 metri. Lo streaming di dati dall'array float sarà reso disponibile gratuitamente entro un giorno dalla raccolta e sarà utilizzato da decine di ricercatori, educatori e responsabili politici in tutto il mondo. Questi dati consentiranno agli scienziati di porre domande fondamentali sugli ecosistemi oceanici, osservare la salute e la produttività degli ecosistemi e monitorare i cicli elementari di carbonio, ossigeno e azoto nell'oceano in tutte le stagioni dell'anno. Tali dati essenziali sono necessari per migliorare i modelli informatici della pesca oceanica e del clima e per monitorare e prevedere gli effetti del riscaldamento e dell'acidificazione degli oceani sulla vita marina. Sebbene gli scienziati possano utilizzare piattaforme e navi di ricerca in orbita attorno alla Terra per monitorare l'oceano, i satelliti possono monitorare solo le acque vicino alla superficie e la piccola flotta globale di navi di ricerca in oceano aperto può rimanere in mare solo per periodi di tempo relativamente brevi. Di conseguenza, le osservazioni sulla salute degli oceani coprono solo una piccola frazione dell'oceano in un dato momento, lasciando enormi regioni oceaniche non visitate per decenni o più. Un singolo galleggiante robotico costa come due giorni in mare su una nave da ricerca. Ma i galleggianti possono raccogliere dati autonomamente per oltre cinque anni, in tutte le stagioni, anche durante le tempeste invernali, quando il lavoro a bordo è limitato. Il finanziamento per l'array GO-BGC viene fornito attraverso il programma di infrastruttura di ricerca di media scala 2 della NSF (MSRI-2). Il GO-BGC Array è il contributo della National Science Foundation al progetto Biogeochemical-Argo (BGC-Argo). Estende l'osservazione biologica e chimica a livello globale e si basa su due programmi in corso per monitorare l'oceano utilizzando galleggianti robotici, entrambi i quali hanno avuto molto successo. Il primo di questi programmi, l' array Argo , è costituito da 3.900 galleggianti robotici che vanno alla deriva attraverso i bacini oceanici profondi, fornendo informazioni sulla temperatura e sulla salinità nella colonna d'acqua. Dalla sua istituzione nel 1999, i dati Argo sono stati utilizzati in 4.100 articoli scientifici. Essendo il primo sistema globale di osservazione dell'oceano sotto la superficie, l'array Argo ha svolto un lavoro incredibile nel misurare le proprietà fisiche del nostro oceano, ma i galleggianti Argo non forniscono informazioni sull'attività chimica e biologica vitale dell'oceano. A partire dal 2014, il programma Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling ( SOCCOM ) ha implementato una vasta gamma di galleggianti robotici "biogeochimici", basati sul design Argo, ma dotati di sensori per monitorare le proprietà chimiche e biologiche dell'oceano. I galleggianti SOCCOM hanno operato per quasi sei anni nell'Oceano Meridionale remoto, tempestoso e spesso coperto di ghiaccio, probabilmente uno degli ambienti marini più difficili della Terra. Questi galleggianti hanno già fornito nuove informazioni fondamentali su come l'Oceano Antartico interagisce con l'atmosfera terrestre e il ghiaccio marino invernale. Simili ai galleggianti SOCCOM, i nuovi galleggianti GO-BGC
Galleggiante di profilatura Go-Bgc

trasporteranno una serie di sensori oltre ai sensori Argo principali per temperatura, profondità e salinità. Questi includono strumenti per misurare la concentrazione di ossigeno, il pH (acidità dell'oceano), i nitrati (un nutriente essenziale per le alghe microscopiche), la luce solare (necessaria per la crescita delle alghe), la clorofilla (un indicatore delle popolazioni di alghe) e le particelle nell'acqua (comprese le alghe microscopiche). ). Negli ultimi anni, i ricercatori hanno testato, perfezionato e calibrato questi strumenti sensibili come parte del programma SOCCOM e di altri sforzi internazionali.

Gli strumenti su questi galleggianti

I meccanismi di misurazione e di interconnessione dei galleggianti Go-Bgc

consentiranno ai ricercatori di monitorare la salute dell'oceano, compresa la crescita e la respirazione del fitoplancton (alghe e microbi alla deriva che utilizzano la luce solare come fonte di energia) e le sostanze nutritive e la luce che controllano questi processi. Oltre a sostenere la maggior parte della vita nell'oceano, compresa la pesca commerciale, il fitoplancton fornisce ossigeno e rimuove l'anidride carbonica dall'oceano e dall'atmosfera. Questi microscopici organismi planctonici hanno enormi impatti sul nostro clima attraverso il loro controllo sull'anidride carbonica. I nuovi galleggianti forniranno anche dati di prima mano sui cambiamenti a lungo termine nell'oceano, compresa l'acidificazione degli oceani e l'espansione delle zone a basso contenuto di ossigeno. Questo sforzo quinquennale coinvolge cinque istituti di ricerca. MBARI coordinerà il progetto, perfezionerà i sensori, assumerà la guida nell'elaborazione dei dati dai galleggianti e svolgerà attività di sensibilizzazione per il programma. WHOI, l'Università di Washington e la Scripps Institution of Oceanography, costruiranno e distribuiranno galleggianti in collaborazione con partner commerciali. I ricercatori della Princeton University contribuiranno alla progettazione dell'array e alla gestione del progetto e garantiranno che i dati siano collegati ai modelli informatici globali dell'oceano e del clima della Terra. Questo programma avrà anche un impatto significativo sull'industria della tecnologia oceanica, compresi numerosi fornitori commerciali di sensori oceanici e galleggianti di profilazione. Un ampio programma di sensibilizzazione del pubblico, che comprende workshop, curricula basati sul web e attività pratiche, aiuterà scienziati, insegnanti, studenti e altri a utilizzare questi dati. In un'espansione dell'attuale programma SOCCOM Adopt-A-Float , i carri saranno adottati dalle classi di livello elementare e universitario. Le attività degli studenti saranno sviluppate attraverso una partnership con il programma nazionale Marine Advanced Technology Education . Inoltre, i corsi basati sulla tecnologia GO-BGC saranno offerti attraverso The Sandbox , un makerspace presso lo Scripps Institution of Oceanography.I ricercatori sperano che GO-BGC ispiri altri paesi a contribuire con galleggianti strumentati in modo simile, come parte del nuovo sforzo ARGO biogeochimico globale. Idealmente, questa rete ampliata dovrebbe crescere fino a raggiungere una serie prolungata di 1.000 galleggianti biogeochimici distribuiti uniformemente in tutto l'oceano mondiale e distanziati di circa 1.000 chilometri, l'uno dall'altro. "Ampie aree dell'Atlantico, -ha aggiunto Susan Wijffels, scienziata senior WHOI e investigatore principale di GO-BCG-, rimangono non monitorate per quanto riguarda la salute degli oceani, ad eccezione di sporadiche e poco frequenti visite alle navi di ricerca e di strumenti ormeggiati molto distanziati. Sulla base di ciò che sappiamo sul ruolo fondamentale dell'Atlantico nel clima della Terra e in altri sistemi planetari chiave, dobbiamo colmare queste lacune. "Il GO-BGC Array fornirà alla comunità scientifica , -ha affermato David "Roo" Nicholson, scienziato associato e co-responsabile dell'OMS. di GO-BCG presso WHOI-, la capacità senza precedenti di prendere il polso degli ecosistemi oceanici e monitorare la salute dei cicli chimici sottostanti su scala globale. Tali osservazioni sono fondamentali per comprendere come l'oceano risponderà a molteplici fattori di stress su larga scala come il riscaldamento, per esempio."

NOTEVOLI PROGRESSI SUL CAMMINO VERSO LA FUSIONE NUCLEARE

2021-09-05T12:27:00.002+02:00

La capacità di sfruttare la fusione nucleare - fonte di energia del nostro sole e di tutte le stelle - sarebbe un punto di svolta per la generazione di energia terrestre. Gli scienziati cercano questo Santo Graal della ricerca energetica da un secolo. L'8 agosto 2021, i ricercatori del Lawrence

Fusione inerziale confinata

Livermore National Laboratory (LLNL) in California hanno fatto scoperte che li pongono alla soglia dell'accensione della fusione. Il loro esperimento ha focalizzato la luce laser della National Ignition Facility di LLNL, delle dimensioni di tre campi da calcio, su un bersaglio delle dimensioni di un BB. L'esperimento ha prodotto un hotspot del diametro di un capello umano. Ha generato più di 10 quadrilioni di watt di potenza di fusione per 100 trilionesimi di secondo.

Dunque, questo esperimento realizzato presso il National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL ) ha compiuto un passo significativo verso l'accensione, raggiungendo una resa di oltre 1,3 megajoule (MJ). Siamo alla soglia dell'accensione della fusione, un obiettivo importante del NIF che apre l'accesso a un nuovo regime sperimentale. “L'esperimento ha focalizzato la luce laser del NIF - la dimensione di tre campi da calcio - su un bersaglio delle dimensioni di un BB, producendo un punto caldo del diametro di un capello umano, generando più di 10 quadrilioni di watt di potenza di fusione per 100 trilionesimi di secondo.". La missione centrale del NIF è fornire informazioni e dati sperimentali per il programma di gestione delle scorte basato sulla scienza della NNSA. Gli esperimenti in ricerca di accensione di fusione sono una parte importante di questo sforzo. Forniscono dati in un importante regime sperimentale a cui è estremamente difficile accedere, favorendo la comprensione dei processi fondamentali di accensione e combustione della fusione e migliorando gli strumenti di simulazione per supportare la gestione delle scorte. L'accensione della fusione è anche un importante passaggio per consentire l'accesso a rese di fusione elevate in futuro. “È un passo avanti storico ,- ha affermato Kim Budil, direttore di LLN- per la ricerca sulla fusione a confinamento inerziale, aprendo un regime fondamentalmente nuovo per l'esplorazione e il progresso delle nostre missioni critiche di sicurezza nazionale. Testimonia l'innovazione, l'ingegnosità, l'impegno e la grinta di questo team e dei numerosi ricercatori in questo campo nel corso dei decenni che hanno perseguito con fermezza questo obiettivo. Dimostra uno dei ruoli più importanti dei laboratori nazionali: l’impegno incessante nell'affrontare le più grandi e importanti sfide scientifiche e nel trovare soluzioni laddove altri potrebbero essere dissuasi dagli ostacoli. " L'interpretazione scientifica completa di questi risultati avverrà attraverso il processo di rivista/conferenza, intanto l'analisi iniziale mostra un miglioramento di 8 volte rispetto agli esperimenti condotti nella primavera del 2021 e un aumento di 25 volte rispetto al rendimento record del NIF del 2018 . "Ottenere l'accesso sperimentale all'ustione termonucleare in laboratorio, -ha affermato il direttore del Los Alamos National Laboratory Thomas Mason-, è il culmine di decenni di lavoro scientifico e tecnologico che si estendono per quasi 50 anni. Consente esperimenti che verificheranno la teoria e la simulazione nel regime di alta densità di energia in modo più rigoroso che mai e consentiranno risultati fondamentali nella scienza applicata e nell'ingegneria". L'esperimento si è basato su diversi progressi ottenuti, inclusa la nuova diagnostica, miglioramenti nella fabbricazione dell'obiettivo nell'hohlraum, nel guscio della capsula e nel tubo di riempimento, migliore precisione del laser

NIF: camera bersaglio

e modifiche progettuali per aumentare l'energia accoppiata all'implosione e alla compressione dell'implosione. "Questo significativo progresso ,- ha affermato Mark Herrmann, vicedirettore del programma LLNL per la fisica-è stato reso possibile solo dal supporto sostenuto, dalla dedizione e dal duro lavoro di un team molto ampio per molti decenni, compresi quelli che hanno sostenuto lo sforzo presso LLNL. Si basa sul lavoro e sui successi dell'intero team, comprese le persone che hanno perseguito la fusione a confinamento inerziale sin dai primi giorni di questo laboratorio che dovrebbero condividere anche l'entusiasmo per questo successo”. Guardando al futuro, l'accesso a questo nuovo regime sperimentale aprirà nuove strade per la ricerca e offrirà l'opportunità di confrontare i modelli utilizzati per comprendere la vicinanza all'accensione. I piani per la ripetizione degli esperimenti sono a buon punto, ma ci vorranno diversi mesi prima che vengano eseguiti.

Fermilab fornisce l'ultimo componente per indagare al meglio su processi biologici e chimici

2021-05-07T11:40:00.001+02:00

Il Fermilab fornisce il componente finale dell'acceleratore di particelle superconduttori per il laser più potente del mondo Oggi, il Fermilab del Dipartimento dell'Energia ha spedito il suo componente superconduttore finale per il nuovo acceleratore di particelle per Linac Coherent Light Source II, o LCLS-II, presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del DOE. Il criomodulo, componente principale dell'acceleratore lineare, è l'ultimo richiesto per il progetto LCLS-II, che una volta completato sarà il laser a raggi X più luminoso del mondo. “Questo è ciò a cui lavoriamo da sei anni. Dal 2014, il nostro team,- ha affermato Rich Stanek, capo del team senior di LCLS-II- Fermilab ha progettato, costruito, testato e fornito i criomoduli superconduttori ad alte prestazioni che costituiranno questa macchina di scoperta all'avanguardia . L'invio di oggi è il vincolo del nostro impegno di contributo. Siamo onorati di far parte di LCLS-II, sfruttando la nostra esperienza nella tecnologia di accelerazione dei superconduttori per alimentare il fascio di particelle per un laser a raggi X di livello mondiale. Tutti coloro che sono collegati al progetto LCLS-II dovrebbero essere molto orgogliosi dei loro risultati ". Un aggiornamento dell'LCLS di SLAC, che è stato il primo laser a elettroni liberi a raggi X duri al mondo, LCLS-II fornirà un passo da gigante in termini di capacità. Emetterà l'incredibile cifra di 1 milione di impulsi di raggi X al secondo, rispetto ai 120 impulsi al secondo di LCLS. Armati di questi raggi di luce a fuoco rapido, gli scienziati che utilizzano LCLS-II saranno in grado di esaminare processi biologici e chimici microscopici in tempo reale e con dettagli estremi.

L'acceleratore di particelle che fornisce gli elettroni ad alta energia per il laser LCLS-II sarà composto da 37 criomoduli, il più lungo dei quali è di 12 metri di lunghezza. Allineati da un capo all'altro come automobili in un treno, formano una specie di pista per il fascio di elettroni mentre aumenta di energia. diciotto dei criomoduli provengono dal Fermilab e diciannove provengono dal Jefferson Lab del Dipartimento dell'Energia. Entrambi i laboratori hanno fornito ricambi aggiuntivi.

Il criomodulo del Fermilab è lungo 12 metri e inizierà il trasporto verso SLAC il 19 marzo 2021.

Una volta che il fascio di elettroni esce dai criomoduli, viene fatto muovere rapidamente da un lato all'altro attraverso una serie di ondulatori, emettendo raggi X a zig-zag. I nuovi ondulatori sono stati progettati e costruiti dal Lawrence Berkeley National Laboratory e dall'Argonne National Laboratory del DOE. La Cornell University sta anche contribuendo con componenti per LCLS-II. L'installazione del crio-modulo LCLS-II dovrebbe essere completata questa primavera e l'LCLS-II inizierà la messa in servizio nel 2022 non appena il crioplante LCLS-II sarà commissionato. LCLS-II è supportato dal Department of Energy Office of Science. "La progettazione e la costruzione dei criomoduli LCLS-II ,- ha affermato Norbert Holtkamp, vicedirettore di SLAC e direttore del progetto LCLS-II - è stata un esempio di vera collaborazione interistituzionale, riunendo le competenze e le capacità di tre laboratori nazionali nell'accelerazione delle particelle, nella scienza della superconduttività e nella scienza dei fotoni. Non vediamo l'ora di dare il benvenuto allo SLAC al criomodulo finale". Ogni criomodulo contiene otto cavità acceleratrici superconduttive, strutture cave che assomigliano a giganteschi fili metallici di perle. Quando il fascio di particelle attraversa una cavità dopo l'altra, raccoglie energia. I criomoduli, di circa un metro di diametro, ospitano le cavità e ne consentono il raffreddamento a circa 2 kelvin, mantenendo le temperature necessarie che abilitano la superconduttività delle cavità. Negli ultimi due decenni, Fermilab ha sviluppato il suo programma di radiofrequenza superconduttrice, o SRF, che ha permesso al Fermilab di partecipare alla progettazione, costruzione e collaudo dei componenti dell'acceleratore all'avanguardia di LCLS-II. "Siamo orgogliosi di essere un partner chiave nella costruzione di questa nuova e rivoluzionaria fonte di luce,- ha affermato Alex Romanenko, Chief Technology Officer di Fermilab- e negli ultimi due decenni, gli investimenti del DOE nella fisica delle alte energie hanno consentito al Fermilab di far avanzare notevolmente la ricerca e lo sviluppo. Inoltre, sviluppare il suo programma SRF, portando a importanti scoperte nell'efficienza delle cavità SRF, grazie a scoperte come il doping con azoto e metodi di raffreddamento rapido per la riduzione campi magnetici intrappolati. Questi miglioramenti hanno contribuito ai criomoduli leader a livello mondiale di LCLS-II ". Il design del criomodulo LCLS-II SRF è una modifica di un tipo sviluppato presso il laboratorio DESY in Germania. L'ulteriore ricerca e sviluppo del Fermilab nell'area della preparazione di superfici superconduttrici ha ottenuto prestazioni da record dalle cavità dell'acceleratore, rendendole altamente efficienti dal punto di vista energetico durante l'accelerazione del fascio. Sono già in corso lavori sulla prossima generazione di criomoduli per un futuro aggiornamento ad alta energia a LCLS-II.

I tecnici del Fermilab preparano il criomodulo per il trasporto eseguendo i controlli finali sulla strumentazione.

"Fermilab e la leadership di Jefferson Lab in SRF li hanno resi i partner perfetti per impegnarsi nella progettazione e costruzione dell'acceleratore LCLS-II", ha affermato Hanley Lee, direttore federale del progetto, il vicedirettore del DOE Bay Area Site Office. “Il nuovo laser a raggi X di SLAC non sarebbe la macchina avanzata senza questi criomoduli all'avanguardia. LCLS-II sarà uno strumento di scoperta senza precedenti, che farà luce sui processi nascosti in natura che potrebbero contenere le chiavi per migliorare la nostra salute, l'ambiente e la sicurezza. Non potremmo costruirlo senza la vasta esperienza dei ricercatori dell'ampia gamma di campi che si sono riuniti come parte di questo straordinario progetto ".Il direttore del Fermilab Nigel Lockyer concorda sul fatto che, per il successo dei criomoduli LCLS-II, la collaborazione è stata fondamentale. Il progetto LCLS-II -ha detto Lockyer- è una meravigliosa partnership dei punti di forza dei laboratori DOE. Sfruttando la scienza e la tecnologia degli acceleratori sviluppate al Fermilab per indagare gli elementi costitutivi di base della materia, ora la applichiamo a LCLS-II in modo da poter esplorare un nuovo territorio scientifico. LCLS-II è una testimonianza dello sforzo scientifico cooperativo ".

Ulteriori informazioni sui criomoduli e sul progetto LCLS-II . Fermilab è il principale laboratorio nazionale americano per la fisica delle particelle e la ricerca sugli acceleratori. Un US Department of Energy Office di laboratorio Scienza, Fermilab si trova vicino a Chicago, Illinois, e gestito con contratto dal Fermi Research Alliance LLC, una partnership tra l'Università di Chicago e l'Università Research Association, il sito web di Inc. Visita il Fermilab a www .fnal.gov e seguici su Twitter su @Fermilab . Fermilab è supportato dall'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. L'Office of Science è il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti e sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per ulteriori informazioni, visitare energy.gov/science .

PRODOTTI NATURALI CON POTENZIALE EFFICACIA CONTRO IL CORONAVIRUS

2021-02-05T16:41:00.002+01:00

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La revisione delle storie di vita dei virus a RNA e dei composti che potrebbero interromperli offre speranza per la riduzione delle future pandemie

I cicli possibili del Covid

I ricercatori della Scripps Institution of Oceanography e della Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences dell'Università della California a San Diego hanno analizzato i tratti genomici e della storia della vita di tre classi di virus che hanno causato pandemie endemiche e globali in passato e identificano i prodotti naturali: composti prodotti in natura - con il potenziale per interromperne la diffusione . In una recensione pubblicata sul Journal of Natural Products , i chimici marini Mitchell Christy, Yoshinori Uekusa e William Gerwick e l'immunologo Lena Gerwick descrivono la biologia di base di tre famiglie di virus a RNA e il modo in cui infettano le cellule umane. Questi virus usano l'RNA invece del DNA per memorizzare le loro informazioni genetiche, un tratto che li aiuta a evolversi rapidamente. Il team descrive quindi i prodotti naturali che hanno dimostrato di avere capacità di inibirli, evidenziando possibili strategie di trattamento. "Volevamo valutare i virus responsabili di queste epidemie mortali ,- ha detto Christy-, e identificare i loro punti deboli" . “Consideriamo le loro somiglianze e riveliamo potenziali strategie per mirare alla loro replica e diffusione. Troviamo che i prodotti naturali sono una preziosa fonte di inibitori che possono essere utilizzati come base per nuove campagne di sviluppo di farmaci mirati a questi virus ".Il team di ricerca proviene dal Center for Marine Biotechnology and Biomedicine (CMBB) di Scripps Oceanography , che raccoglie e analizza i composti chimici trovati negli ambienti marini per una potenziale efficacia come antibiotici, terapie antitumorali e altri prodotti con benefici medici. Un farmaco noto come Marizomib è entrato nelle fasi finali degli studi clinici come potenziale trattamento per i tumori cerebrali all'inizio del 2020. Il farmaco proveniva da un genere di batteri marini che i ricercatori della CMBB avevano originariamente raccolto nei sedimenti del fondo marino nel 1990. I ricercatori, finanziati dal National Institutes of Health e dall'Ufficio del Cancelliere della UC San Diego, presentano una panoramica della struttura dei virus nelle famiglie Coronaviridae , Flaviviridae e Filoviridae. All'interno di queste famiglie ci sono virus che hanno portato a focolai di COVID-19, febbre dengue, encefalite del Nilo occidentale, Zika, Ebola e malattia di Marburg. Il team identifica quindi i composti prodotti da organismi marini e terrestri che hanno un livello di attività dimostrato contro questi virus. Si pensa che questi composti abbiano architetture molecolari che li rendono potenziali candidati a fungere da inibitori virali, impedendo ai virus di penetrare nelle cellule umane sane o di replicarsi. L'obiettivo della revisione, era quello di migliorare il processo di sviluppo di farmaci man mano che emergono nuove pandemie, in modo che il contenimento della diffusione della malattia possa accelerare di fronte a nuove minacce. "È semplicemente buon senso che dovremmo mettere in atto l'infrastruttura necessaria per sviluppare più rapidamente i trattamenti quando si verificano future pandemie", conclude la revisione. "Una di queste raccomandazioni è di creare e mantenere librerie di composti internazionali con sostanze che possiedono attività antivirale, antibatterica o antiparassitaria". Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori si rendono conto che sarebbe necessario raggiungere accordi internazionali per affrontare le questioni relative alla proprietà intellettuale, i diritti e le responsabilità dei ricercatori e altre questioni complesse. E sebbene ci siano stati notevoli progressi nello sviluppo di vaccini per l'infezione da SARS-CoV-2, -hanno detto i ricercatori-, sono anche necessari farmaci antivirali efficaci per la gestione dell'infezione da COVID-19 in individui non vaccinati o nei casi in cui l'efficacia di un vaccino diminuisce nel tempo. Mentre diverse molecole antivirali candidate sono state studiate per l'uso in clinica, come remdesivir, lopinavir-ritonavir, idrossiclorochina e la terapia con interferone di tipo I, tutte hanno mostrato un'efficacia limitata o nulla in studi su larga scala. I farmaci antivirali efficaci hanno ancora molto bisogno di essere scoperti e sviluppati.

Nuove opzioni per la codifica dei computer quantistici

2020-06-11T15:02:00.002+02:00

Il teorico e sviluppatore dell'algoritmo quantistico PNNL Nathan Wiebe sta applicando idee dalla scienza dei dati e dagli hack di gioco al calcolo quantistico. Tutti coloro che lavorano su computer quantistici sanno che i dispositivi sono soggetti a errori. L'unità base della programmazione quantistica - la porta quantistica - fallisce circa una volta ogni cento operazioni. E quel tasso di errore è troppo alto. Nathan Wiebe di PNNL sta anticipando la scrittura di codice che è sicuro che verrà eseguito su computer quantistici quando saranno pronti. Professore di fisica all'Università di Washington, Wiebe sta formando la prossima generazione di teorici e programmatori di calcolo quantistico. Lamenta che "c'è un abisso così grande tra dove siamo adesso e dove dobbiamo essere, ma altrettanto rapidamente, elimina i dubbi e spiega che "siamo già nel punto in cui stiamo facendo cose che sono davvero interessanti”. È questa mentalità all'avanguardia che lo ha collocato come leader globale nello sviluppo di algoritmi quantistici . La codifica per computer quantistici richiede sbalzi di immaginazione che possono essere scoraggianti su un livello, ma Wiebe sottolinea che qualsiasi appassionato di Minecraft di 15 anni non avrebbe problemi a comprendere le basi di come funziona. Il popolare videogioco building block ha generato una comunità di programmatori entusiasti . L'universo di Minecraft ha le sue regole interne e alcune di esse non hanno del tutto senso - proprio come alcune delle regole dell'universo quantico non sembrano chiare, nemmeno ai fisici. Nonostante non capiscano perché le regole di Minecraft funzionano nel modo in cui funzionano, i giocatori imparano invece come funziona la fisica di Minecraft e come sfruttare tale conoscenza per svolgere compiti che i creatori di giochi potrebbero non aver inteso. I programmatori di computer quantistici hanno una sfida simile. Di fronte alle strane regole della meccanica quantistica, cercano di trovare modi creativi per "hackerarli" e costruire computer che, in alcuni casi, possono risolvere problemi trilioni di volte più veloci dei normali computer utilizzando effetti quantistici come l'interferenza e l' entanglement che ordinario mancanza di computer. “Su un computer quantistico, - secondo le informazioni di Wiebe- quando provi a misurare i bit quantistici, ritornano ai bit ordinari. Con un computer quantistico devi essere più sottile di quanto non faccia con i computer ordinari. Devi convincere le informazioni sul sistema senza danneggiare le informazioni che sono state codificate lì. "Abbiamo trovato strane regole della meccanica quantistica, -ha dettagliato- e solo ora ci stiamo chiedendo come possiamo sfruttare queste regole per permetterci di calcolare". Lo studio dell'efficienza dei motori termici ha rivelato la seconda legge della

termodinamica, come lo studio dell'informatica quantistica potrebbe rivelare una comprensione più profonda dei limiti che la fisica pone sulla nostra capacità di calcolo, nonché delle nuove opportunità che offre collaborare tra i campi. “L’informatica quantistica non è semplicemente fisica, -ha spiegato Wiebe- esiste nell'intersezione tra molti campi, tra cui fisica, informatica, matematica, scienza dei materiali e, sempre più, scienza dei dati.Come Watt e Carnot, -dice ancora Wiebe- non abbiamo necessariamente bisogno di catturare tutta la minutia che sta accadendo all'interno del sistema. "Una delle prime utili tecnologie quantistiche è quella dei sensori quantistici, dispositivi che usano segnali quantici per misurare parametri come la temperatura e i campi magnetici. Wiebe ha lavorato con un team internazionale di colleghi per applicare le tecniche di apprendimento automatico a un problema delicato nel rilevamento quantico. I biologi vogliono usare questi sensori per misurare ciò che accade all'interno delle singole cellule. I sensori sono fatti di diamanti con alcuni difetti che possono essere utilizzati per inviare segnali quantici. Il problema è che, a temperatura ambiente, i segnali del sensore quantistico contengono troppi errori per essere pratici. Gli esperimenti sono positivi, a meno che il tutto non fosse raffreddato a temperature di elio liquido (-452,2 ° F), che ovviamente non è opportuna per le cellule viventi. Wiebe e colleghi hanno risolto il problema eseguendo gli esperimenti a temperatura ambiente e quindi applicando un algoritmo che utilizzava tecniche di analisi dei dati e apprendimento automatico per correggere il segnale soggetto a errori e rumoroso. “Abbiamo avuto, -ha poi spiegato - la stessa sensibilità dell'esperimento criogenico molto freddo senza costi aggiuntivi, affermando che applicare gli stessi principi potrebbe essere proprio la cosa necessaria per correggere porte quantistiche rumorose e soggette a errori. Wiebe, è fermamente convinto che rendere pratica l'informatica quantistica richiederà gli sforzi interdisciplinari combinati dei ricercatori in molti campi che imparano a parlare reciprocamente le lingue.” Se siamo in grado, -ha infine concluso-, di costruire un computer quantistico, allora abbiamo la capacità di risolvere problemi attualmente irrisolvibili in chimica e scienza dei materiali e fisica. La sfida impone entrambi limiti e offre nuove opportunità. Il calcolo quantistico ci obbliga a comprendere meglio cosa significa calcolare. "

Remdesivir : potrebbe essere il farmaco antivirale giusto per Covid-19

2020-06-09T14:48:00.001+02:00

Gli scienziati dell'Università di Alberta hanno dimostrato che il farmaco Remdesivir è altamente efficace nel bloccare il meccanismo di replicazione del coronavirus che causa COVID-19, secondo una nuova ricerca. Segue, da vicino, le ricerche già pubblicate dallo stesso laboratorio alla fine di febbraio che hanno dimostrato come il farmaco ha funzionato contro il virus della sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS), un coronavirus correlato. "Eravamo ottimisti sul fatto che avremmo visto gli stessi risultati contro il virus SARS-CoV-2, - dichiara Matthias Götte, presidente della microbiologia medica e dell'immunologia -Università di Alberta-, e abbiamo ottenuto risultati quasi identici a quanto riportato in precedenza con MERS, in quanto Remdesivir si è dimostrato essere un inibitore molto potente per le polimerasi dei coronavirus “. Remdesivir, sviluppato nel 2014 per combattere l'epidemia di Ebola, funziona bene in dettaglio. Paragona la polimerasi al motore del virus, responsabile della sintesi del genoma del virus. “Prendendo di mira la polimerasi, - ha detto Götte-il virus non può diffondersi, quindi è un obiettivo molto logico per il trattamento". In pratica Remdesivir inganna il virus imitando i suoi mattoni. "Queste coronavirus polimerasi -ha spiegato Götte- sono sciatte e vengono ingannate, quindi l'inibitore viene incorporato molte volte e il virus non può più replicarsi". Le prove di questo gruppo di ricerca, insieme a studi precedentemente pubblicati su modelli di colture di animali e cellule, indicano che Remdesivir può essere classificato come "antivirale ad azione diretta" contro SARS-CoV-2, termine usato per descrivere le classi più recenti di antivirali che interferiscono con fasi specifiche del ciclo di vita del virus dell'epatite C (HCV). La scoperta di quell'azione diretta rafforza la promessa di studi clinici per Remdesivir in pazienti COVID-19, già in corso in tutto il mondo. Götte ha affermato, che l'evidenza giustifica gli studi clinici, ma ammonendo che i risultati ottenuti in laboratorio non possono essere utilizzati per prevedere come il farmaco funzionerà con le persone. "Dobbiamo pazientare, -ha concluso sempre Götte- e attendere i risultati degli studi clinici randomizzati". La ricerca è stata finanziata dal Canadian Institutes of Health Research, dal Major Innovation Fund di Alberta e da Gilead Sciences, che produce Remdesivir. Il gruppo di Götte aveva precedentemente lavorato sul virus dell'immunodeficienza umana (HIV) e sull'HCV, passando poi, a concentrarsi su virus con il più alto potenziale epidemico. L'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha pubblicato il suo elenco dei principali agenti patogeni che potrebbero causare gravi focolai, tra cui Ebola, Lassa e coronavirus, nel 2015."Eravamo dunque preparati, -rimarca Götte-, perché il mio laboratorio è specializzato in polimerasi virali." Il prossimo passo sarà quello di utilizzare gli strumenti del suo laboratorio per valutare altri promettenti antivirali. Si è ottimisti sul fatto che la quantità senza precedenti di ricerche in corso in tutto il mondo e l'alto livello di cooperazione tra i ricercatori porterà alla scoperta di uno o più trattamenti efficaci per COVID-19."Siamo disperati, ma dobbiamo ancora mantenere un livello elevato per tutto ciò che abbiamo messo in studi clinici”. Remdesivir è uno dei numerosi farmaci in fase di accelerazione negli studi condotti dall'Organizzazione mondiale della sanità, che confronta i potenziali trattamenti in pazienti COVID-19 ospedalizzati in una dozzina di paesi, tra cui il Canada. Götte afferma che possiamo aspettarci risultati da importanti studi clinici già a maggio. Soprattutto si sofferma su una delusione, poiché gli antivirali scoperti al momento dell'epidemia di sindrome respiratoria acuta grave (SARS) del 2003 – avrebbero potuto essere efficace anche contro COVID-19 – ma non sono mai stati tradotti in trattamenti ampiamente disponibili, a causa degli enormi costi associati allo sviluppo di nuovi farmaci. "Stavolta è ovvio, -conclude Götte -, che dobbiamo tagliare il traguardo, anche se dieci miliardi di dollari, sembrano molto, una quantità enorme: nel contesto di questa pandemia e dei costi associati a questa pandemia, non è niente."

Il microbioma intestinale viene influenzato dagli inquinanti ambientali

2020-05-25T13:34:00.000+02:00

I microbi che abitano il nostro corpo sono influenzati da ciò che mangiamo, beviamo, respiriamo e assorbiamo attraverso la nostra pelle, senza dimenticare che la maggior parte di noi è cronicamente esposta a contaminanti ambientali naturali e di origine umana. Gli scienziati dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno riesaminato gli esiti della ricerca che collega dozzine di sostanze chimiche ambientali ai cambiamenti nel microbioma intestinale

e alle relative sfide per la salute. Hanno indagato sui composti utilizzati nella produzione di beni di consumo, compresi i bisfenoli presenti negli imballaggi per alimenti in plastica e gli ftalati, che vengono utilizzati in tutto, dai pavimenti in vinile ai film plastici. È inclusa anche la scienza associata all'esposizione a inquinanti organici persistenti e metalli pesanti. I POP includono sostanze chimiche come PCB; perfluorochemicals, utilizzati in pentole antiaderenti e imballaggi alimentari; ritardanti di fiamma noti come difenil eteri polibromurati; pesticidi ed erbicidi. "Più di 300 contaminanti ambientali o sottoprodotti metabolici di tali contaminanti, - ha affermato Jodi Flaws, professore di bioscienze comparate negli Stati Uniti che ha condotto l'analisi con la studentessa dottorato Karen Chiu- sono stati misurati nelle urine umane, nel sangue o in altri campioni biologici". "Prodotti chimici come bisfenoli, ftalati e alcuni pesticidi, inquinanti organici persistenti e metalli pesanti possono alterare il metabolismo ormonale e sono associati a esiti negativi per la salute. "Gli effetti negativi sulla salute associati a queste sostanze chimiche comprendono difetti riproduttivi e dello sviluppo, diabete di tipo 2, disfunzione cardiovascolare, malattie del fegato, obesità, disturbi alla tiroide e scarsa funzione immunitaria: come riportano i ricercatori. Dozzine di studi hanno esplorato il modo in cui le esposizioni chimiche influiscono sulla salute e gli scienziati stanno ora concentrando la loro attenzione su come queste sostanze chimiche influenzano i microbi intestinali. Gli studi sono stati condotti su ratti, topi, pesci, cani, galline, mucche, adulti e bambini umani, api da miele e altri organismi. L'esposizione ai bisfenoli, rilevabili nelle urine di oltre il 90% degli adulti negli Stati Uniti, aumenta i livelli di batteri Methanobrevibacter

nell'intestino maschile. Questi microbi hanno dimostrato - nell'uomo e nei topi - di aumentare la capacità del loro ospite di estrarre più energia dal cibo. "Ciò solleva una forte possibilità che l'aumento di peso indotto da BPA sia causato almeno parzialmente da cambiamenti indotti da BPA nel microbioma intestinale", hanno desunto perciò i ricercatori. Gli ftalati sono plastificanti e stabilizzanti che penetrano facilmente negli alimenti. Mangiare cibi contaminati da ftalati è la principale via di esposizione nell'uomo. Come i bisfenoli, gli ftalati sono interferenti endocrini, il che significa che interferiscono con la normale segnalazione ormonale nel corpo. Un’elevata esposizione allo ftalato nei neonati umani è associata a cambiamenti nel microbioma intestinale e alterate risposte immunitarie alla vaccinazione. Nei topi, l'esposizione agli ftalati durante la pubertà sembra inibire la sintesi microbica del butirrato, metabolita essenziale per la salute intestinale, la regolazione immunitaria e la funzione neurologica. Gli inquinanti organici persistenti sono sostanze chimiche organiche oleose che possono persistere nell'ambiente per anni o decenni. "Studi recenti hanno studiato l'impatto dell'esposizione POP sul microbiota intestinale durante le fasi di sviluppo, giovanile e adulto in una varietà di animali, inclusi topi, pesci e umani". L'esposizione ai PCB è associata a cambiamenti microbici nell'intestino e aumento della permeabilità intestinale, infiammazione intestinale e problemi cognitivi. I PCB erano usati come refrigeranti, e sono stati vietati negli Stati Uniti nel 1978 ma persistono nell’ambiente. I perfluorochemicals sono utilizzati in pentole antiaderenti, imballaggi per alimenti e tappeti antimacchia. I PFC sono collegati ai cambiamenti nel microbioma intestinale e al metabolismo lipidico alterato nei pesci femminili, ma non negli uomini, e nella loro prole. I mutamenti del microbioma persistevano nella prole e i giovani pesci avevano una mortalità più elevata rispetto a quelli le cui madri non erano esposte a PFC. Si è scoperto anche l'esposizione agli erbicidi a base di glifosato

altera la composizione batterica del microbioma intestinale nei bovini, nei roditori e nelle api da miele. Aumentava i sintomi ansiosi e depressivi nei topi ed era associato ad un aumento dei batteri patogeni nei bovini. Il pesticida clorpirifos colpisce le popolazioni microbiche nei roditori maschi e nei pesci esposti durante lo sviluppo e l'età adulta e provoca anche infiammazione e stress ossidativo nell'intestino.

"Tutti questi dati insieme, - ha detto Chiu- suggeriscono che l'esposizione a molte di queste sostanze chimiche ambientali, durante le varie fasi della vita, può alterare il microbioma intestinale in modi che influenzano la salute". Le patologie associate ai microbiomi alterati dopo l'esposizione a sostanze chimiche ambientali comprendono disfunzione immunitaria, metabolismo dei carboidrati e lipidico alterato, alterazioni neurologiche e comportamentali. Stiamo anche vedendo che questi effetti dipendono fortemente dal sesso e dall'età di un individuo."

Dialogo continuo tra microbioma intestinale e cervello

2020-05-21T12:37:00.002+02:00

Il “psicobioma": i batteri intestinali possono alterare il modo in cui pensi, senti e agisci

Katya Gavrish cerca nuovi farmaci per il cervello in un posto apparentemente improbabile: campioni di feci umane. Microbiologo formato in Russia, ama la musica classica, lavora in una grande camera anaerobica del laboratorio di Holobiome, piccola società del Massachusettes. Raggiunge la camera con la facciata di vetro attraverso le maniche, e inizia a diluire all'interno il campione. È il primo passo verso l'isolamento e la coltura di batteri che Gavrish e colleghi all’ Holobiome sperano possano produrre nuovi trattamenti per la depressione e altri disturbi del cervello e del sistema nervoso. Otto persone hanno in programma di capitalizzare la crescente evidenza di studi epidemiologici e sugli animali che collegano i batteri intestinali a condizioni diverse come l'autismo, l'ansia e il morbo di

Alzheimer. Cinque anni fa, Holobiome ha creato una delle più grandi collezioni al mondo di microbi intestinali umani. I disturbi mirati includono depressione e insonnia, così come costipazione e dolore viscerale, come quello tipico della sindrome dell'intestino irritabile, condizioni che possono avere componenti neurologiche e intestinali. Strandwitz,

con un dottorato di ricerca. in microbiologia, non è a corto di ambizione: il primo processo umano lo inizierà entro 1 anno. Il progetto è semplice: sviluppare farmaci per i disturbi neuropsichiatrici, settore dove si è in ritardo da decenni e molti farmaci esistenti non funzionano per tutti i pazienti, oltre a causare effetti collaterali indesiderati. Un numero crescente di ricercatori vede un'alternativa promettente nei trattamenti a base di microbi, o "psicobiotici", termine coniato dal neofarmacologo John Cryan e dallo psichiatra Ted Dinan, entrambi all'University College di Cork. "E’ un campo di ricerca giovane e molto eccitante che possiede un enorme potenziale, - afferma Natalia Palacios, epidemiologa all'Università del Massachusetts-, dove Lowell, per esempio, sta esaminando le connessioni tra i microbi intestinali e il morbo di Parkinson. Alcuni ricercatori preferiscono un approccio meno frettoloso incentrato sulla comprensione della biologia sottostante che vi è in questo ambito. Holobiome e altre aziende puntano ad incassare il fiorente mercato da molti miliardi di dollari, già sorto per altre terapie microbiche, che trattano condizioni tra cui allergie da disturbi intestinali e obesità. Quelle aziende stanno avanzando, economicamente, nonostante molte domande irrisolte su come le terapie psicobiotiche potrebbero effettivamente funzionare e sui potenziali pericoli di muoversi troppo velocemente. "C'è una mentalità da corsa all’oro, - rileva Rob Knight, microbiologo dell'Università della California (UC), San Diego. Negli ultimi 20 anni, i microbi che vivono dentro di noi superano le cellule del nostro corpo, capovolgendo la visione di noi stessi. Il microbioma intestinale, pesa circa 2 chilogrammi, più del cervello umano di 1,4 chilogrammi, e può avere la stessa influenza sul nostro corpo “. Migliaia di specie di microbi (non solo batteri ma anche virus, funghi e archaea) risiedono nell'intestino. E con oltre 20 milioni di geni, quei microbi hanno un pugno genomico che i nostri miseri 20.000 geni non possono eguagliare. I batteri intestinali possono produrre e utilizzare sostanze nutritive e altre molecole in modi che il corpo umano non può fare - dunque una fonte allettante di nuove terapie. Il cervello è la nuova frontiera, essendo un organo con una vecchia connessione all'intestino. E molto prima che venissero scoperti i microbi, filosofi e medici sostenevano che il cervello e l'intestino, erano partner nel modellare il comportamento umano. "Probabilmente accade che il nostro cervello e il nostro intestino sono in costante comunicazione, - afferma Cryan-, particolarità che negli ultimi dieci anni ha contribuito a guidare gli sforzi per decodificare tali comunicazioni”.

I residenti batterici dell'intestino possono influenzare i neuroni e il cervello attraverso diverse vie. Le sostanze secrete dai microbi nell'intestino possono infiltrarsi nei vasi sanguigni per un passaggio diretto al cervello. I microbi inducono le cellule neuropode nel rivestimento intestinale a stimolare il nervo vago, che si collega direttamente al cervello. Più indirettamente, i microbi attivano le cellule enteroendocrine

nel rivestimento intestinale, che inviano ormoni in tutto il corpo. Ancora più indirettamente, i microbi intestinali influenzano le cellule immunitarie e l'infiammazione, che possono influenzare il cervello. Gli epidemiologici hanno scoperto connessioni tra intestino e disturbi cerebrali. Molte persone con sindrome dell'intestino irritabile sono anche depresse, le persone nello spettro autistico tendono ad avere problemi digestivi e le persone con Parkinson sono inclini a costipazione. Notato anche un aumento della depressione nelle persone che assumono antibiotici, ma non farmaci antivirali o antifungini che lasciano intatti i batteri intestinali. Jeroen Raes, microbiologo dell'Università Cattolica di Lovanio e colleghi, hanno analizzato le cartelle cliniche di due gruppi - uno belga e uno olandese - di oltre 1000 persone che partecipavano a sondaggi sui loro tipi di batteri intestinali. Le persone con depressione avevano deficit delle stesse due specie batteriche. Si ricercano i modi in cui i microbi intestinali potrebbero influenzare il cervello. Alcuni possono secernere molecole messaggere che viaggiano attraverso il sangue al cervello. Altri batteri possono stimolare il nervo vago, che va dalla base del cervello agli organi dell'addome. Le molecole batteriche potrebbero trasmettere segnali al vago attraverso cellule "neuropode" scoperte di recente che si trovano nel rivestimento dell'intestino, rilevando il suo ambiente biochimico, compresi i composti microbici. Ogni cellula ha un lungo "piede" che si estende verso l'esterno per formare una connessione simile a sinapsi con le cellule nervose vicine, comprese quelle del vago. Potrebbero anche esistere collegamenti indiretti. Sempre più si vede l’infiammazione come un fattore chiave in disturbi come la depressione e l'autismo. I batteri intestinali sono la chiave per il corretto sviluppo e mantenimento del sistema immunitario e gli studi dimostrano che avere un mix errato di microbi può far deragliare tale processo e promuovere l'infiammazione. E i prodotti microbici possono influenzare le cosiddette cellule enteroendocrine, che risiedono nel rivestimento dell'intestino e rilasciano ormoni e altri peptidi. Alcune di queste cellule aiutano a regolare la digestione e controllano la produzione di insulina, ma rilasciano anche il neurotrasmettitore serotonina, che fuoriesce dall'intestino e viaggia in tutto il corpo. Trovare lo psicobiotico perfetto richiede di coltivare, nonché identificare e testare nuovi microbi intestinali, lavoro che tiene occupato il team di Holobiome

. Sebbene i meccanismi rimangano sfuggenti, gli studi sugli animali condotti da Cryan e altri hanno rafforzato l'idea che i microbi intestinali possano influenzare il cervello. Ratti e topi sottoposti a trapianti fecali di persone con Parkinson, schizofrenia, autismo o depressione sviluppano spesso gli equivalenti roditori che presentano questi problemi. Al contrario, dare a quegli animali trapianti fecali da persone sane, a volte, allevia i loro sintomi. La presenza o l'assenza di alcuni microbi nei giovani topi influenza il modo in cui i topi rispondono allo stress da adulti e altri studi sui topi hanno indicato un ruolo dei microbi nello sviluppo del sistema nervoso. In laboratorio, Cryan, Dinan e Gerard Clarke pensano che l'amminoacido triptofano,

prodotto da alcuni batteri intestinali, possa essere un nesso causale. I microbi o le cellule del corpo possono convertire il triptofano in serotonina, neurotrasmettitore implicato nella depressione e in altri disturbi psichiatrici. Le cellule trasformano anche il triptofano in una sostanza chiamata chinurenina, che reagisce ulteriormente per formare prodotti che possono essere tossici per i neuroni. “I cambiamenti nel microbioma, -afferma Cryan-, potrebbero rovesciare la produzione di queste varie sostanze in un modo compromettente per la salute mentale”. Le persone depresse convertono il triptofano in chinurenina più facilmente che in serotonina. Il gruppo di Cryan ha accumulato tante prove che hanno contribuito a consolidare il caso degli effetti microbici su diversi disturbi psicologici e neurologici. “Ottenere soluzioni efficaci, - afferma Clarke-, da questi collegamenti sarà difficile. Un conto è sapere che un particolare aspetto della fisiologia dell'ospite è influenzato dai nostri microbi intestinali e un altro piegare questa influenza alla nostra volontà". Il gruppo di Clarke collabora e consulta molte aziende, avendo testato alcuni potenziali psicobiotici per la gestione dello stress in volontari sani. È ancora lunga la strada per i trattamenti. "Sarà importante comprendere meglio e più precisamente i meccanismi in gioco." L'Holobiome non è così paziente Strandwitz ha fondato l'azienda nel 2015, quand’ era solo studente laureato nel laboratorio di microbiologia di Kim Lewis presso la Northeastern University. "Mi ha detto molto educatamente, - ricorda Lewis-, che sarebbe entrato nel laboratorio solo se lo avessi aiutato a fondare un'azienda una volta laureato." Lewis è famoso per aver scoperto e lavorato per commercializzare nuovi antibiotici dai microbi del suolo. Lewis accettò, ma pensò che sarebbero passati 10 anni o più prima che Strandwitz avesse la sua compagnia. Lewis aveva torto: ci sono voluti solo 4 anni. Strandwitz ha appreso quella che chiama "l'arte della coltivazione" da Gavrish, che stava lavorando con Lewis per isolare i microbi del suolo. All'epoca, solo il 25% circa dei batteri intestinali poteva essere coltivato in laboratorio. Gavrish, specializzato nell'isolamento e nella descrizione di nuove specie microbiche, ha insegnato a Strandwitz a manipolare i nutrienti e ad usare antibiotici per dare ai batteri a crescita lenta e schizzinosa, la possibilità di sopravvivere nella cultura invece di essere superati da specie più aggressive. Ha iniziato a rintracciare i fattori di crescita per mantenere attive le specie recalcitranti. Strandwitz ora dichiara: "Abbiamo in cultura circa il 70%" dei noti microbi intestinali. Se è vero, è una cifra che pochi altri laboratori possono eguagliare.” Un fattore di crescita identificato da Strandwitz si è rivelato essere la chiave per lanciare i suoi sogni imprenditoriali. Insieme ai suoi colleghi hanno isolato un batterio che non è riuscito a sopravvivere sui terreni di coltura tipici e richiedeva un aminoacido chiamato acido gamma-aminobutirrico (GABA) per prosperare. Il GABA è un neurotrasmettitore che inibisce l'attività neurale nel cervello e la sua errata regolazione è stata collegata alla depressione e ad altri problemi di salute mentale. Hanno ragionato difatti che se questo microbo intestinale dovesse avere GABA, alcuni altri microbi dovrebbero produrlo. Tali produttori di GABA potrebbero essere una miniera d'oro psicobiotica. Il cammino della scoperta Strandwitz e colleghi hanno iniziato ad aggiungere microbi intestinali uno alla volta alle capsule di Petri contenenti il mangiatore di GABA. Se il mangiatore di GABA avesse prosperato, gli scienziati avrebbero saputo di aver trovato un produttore GABA. Hanno scoperto tali produttori tra tre gruppi di batteri, tra cui Bactereroides

. Hanno rapidamente depositato un brevetto per il confezionamento di quei batteri - o dei loro prodotti - per curare le persone con depressione o altri disturbi mentali. A Holobiome, Stephen Skolnick sta verificando se le cellule batteriche possono rendere GABA, un importante neurotrasmettitore. Prima di pubblicare questi risultati, il gruppo ha collaborato con ricercatori della Weill Cornell Medicine che conducevano uno studio di scansione cerebrale su 23 persone con diagnosi di depressione. Hanno scoperto che le persone con meno batteri Bacteroides avevano un modello più forte di iperattività nella corteccia prefrontale, che alcuni ricercatori hanno associato a una grave depressione. La collaborazione ha riportato i suoi risultati, insieme alla scoperta di batteri che producono GABA. L' Holobiome ha inoltre scoperto che i batteri producono GABA nel tratto digestivo del ratto, che può aumentare i livelli di GABA nel cervello. E ha scoperto che i mangiatori di GABA hanno ridotto l'impotenza appresa - un sintomo della depressione - in quegli animali. Uno dei coautori di Strandwitz, l'ecologo microbico Jack Gilbert della UC San Diego, sta anche testando il potenziale terapeutico dei batteri produttori di GABA nei ratti. Il suo gruppo e l'Holobiome hanno entrambi osservato che i ratti trattati hanno maggiori probabilità di rimanere più a lungo su una superficie scomoda e calda - un test di tolleranza viscerale al dolore - forse perché l'elevato GABA li calma. I risultati hanno convinto Gilbert a studiare se quei batteri possono anche ridurre l'ansia nei ratti. "È chiaro, - ha anche sostenuto-, che hanno un effetto neuromodulatore. Il GABA è troppo grande per raggiungere il cervello scivolando attraverso la barriera emato-encefalica, una parete di difesa cellulare che limita le dimensioni e i tipi di molecole che possono entrare nel cervello dai vasi sanguigni. Invece, la molecola può agire attraverso il nervo vago o le cellule enteroendocrine. Alcuni ricercatori potrebbero mettere in dubbio il motivo per cui i batteri sarebbero più utili dei farmaci che potenziano il GABA. Strandwitz afferma che i batteri potrebbero fare di più che semplicemente aumentare il GABA. Ha notato che producono molecole che possono avere altri effetti sul cervello e sul corpo, affrontando così altri sintomi della depressione. Assieme a Gilbert non sono meravigliati da quelle incertezze. "Se possiamo mostrare un'influenza, -ha affermato Gilbert -, senza effetti collaterali, non vedo alcun motivo per non andare avanti con gli studi clinici." A Holobiome, Strandwitz e colleghi hanno identificato e classificato 30 promettenti batteri produttori di GABA, compresi quelli che Gilbert sta testando. Ora, la società sta reclutando un produttore esterno per capire quali batteri produttori di GABA sono più adatti a produrre in quantità abbastanza grandi da testare nelle persone. Si spera di completare le revisioni normative ed etiche in tempo per iniziare le prove umane entro l'inizio del 2021. "Siamo stati in grado di progredire a questo ritmo, - ha affermato Strandwitz -, perché conosciamo la nostra microbiologia". Le condizioni target iniziali sono l'insonnia e la sindrome dell'intestino irritabile con costipazione. “Alla fine, Holobiome non sa se i suoi migliori prodotti saranno una singola specie batterica, un gruppo di specie o un composto da batteri. Per ora,- dicono- tutto sta funzionando al meglio". Suggeriscono all’ Holobiome che un consorzio di batteri che include una gamma più ampia di specie rispetto ai probiotici tipici sarà più versatile e in grado di trattare molteplici aspetti, per esempio, della depressione. Holobiome guarda anche oltre i produttori di GABA. Migliaia di microbi appena isolati attendono in fiale congelate presso la sede dell'azienda per esplorare il loro potenziale psicobiotico. "Ogni volta che vediamo qualcuno pubblicare un nuovo articolo sul microbioma, -ha dichiarato Stephen Skolnick di Holobiome, recentemente unitosi alla società -, possiamo verificare se abbiamo quei batteri e replicare gli esperimenti". Uno strumento chiave per questi esperimenti è un "simulatore intestinale", una serie di boccette collegate da tubi, con diversi portali per l'aggiunta di microbi e per monitorare ciò che sta accadendo all'interno. Consentendo a un microbioma finto di svilupparsi da diverse combinazioni di batteri, a volte con cellule di mammiferi nel mix, si possono studiare i microbi appena isolati e i loro prodotti. Mariaelena Caboni di Holobiome esamina le cellule di mammifero utilizzate per valutare , come, i microbi influenzano la segnalazione delle cellule nervose nei loro ospiti. Skolnick ha preso l'iniziativa di ottenere un brevetto per l'uso di queolo da parte di Holobiome, una molecola simile alla vitamina prodotta solo da alcuni microbi intestinali, per migliorare il benessere mentale. Il corpo converte le queuine in mattoni per neurotrasmettitori come dopamina, serotonina e melatonina. Se aggiungere produttori di queuine o la molecola stessa all'intestino potrebbe aiutare le persone con malattie mentali non è chiaro, ma Strandwitz è entusiasta dell'idea. "È stato incredibile assistere, - dichiara Elaine Hsiao biologa dell' UC di Los Angeles -, all'enorme crescita nel campo del cervello-intestino del microbioma". Viene dall’ aver aiutato due società a sviluppare terapie microbiche per diversi disturbi, tra cui l'epilessia e l'autismo. Altri ricercatori temono che l'imprenditoria stia superando la scienza. Knight afferma che i venture capitalist stanno finanziando le start-up sviluppando quasi tutte le terapie basate sul microbioma. Alcuni concetti sono "molto promettenti e sono supportati da molte prove", dice, ma altri no, e stanno ancora ottenendo soldi. Gli investitori per Knight vedono un'opportunità nei pazienti desiderosi. (Raes dice di ricevere e-mail quasi quotidiane da persone depresse in cerca di aiuto.) Le terapie microbiche non soddisfano necessariamente gli stessi standard di efficacia dei farmaci normali. Per essere commercializzati come farmaci, un trattamento deve passare attraverso la Food and Drug Administration degli Stati Uniti, o il suo equivalente in altri paesi, attraverso studi clinici che dimostrano la sua efficacia contro malattie specifiche. La maggior parte dei trattamenti per microbiomi finora sono commercializzati come probiotici, per i quali le soglie normative sono più basse, almeno negli Stati Uniti, così come i limiti alle indicazioni sulla salute che un produttore può fare. Holobiome sviluppa entrambi i tipi di prodotti. Il campo d’indagine è chiamato ancora ad affrontare notevoli questioni scientifiche. Oltre alla natura correlativa di gran parte della ricerca e alle solite domande sul fatto che gli studi sugli animali si tradurranno in esseri umani, c'è anche la pura complessità del microbioma umano, sulla quale si sofferma Beatriz Peñalver Bernabé, biologa della riproduzione sistemica dell'Università dell'Illinois, Chicago. "Non credo che sarà un farmaco adatto a tutti. Dovremo cercare ceppi e dosaggi specifici per persone diverse. E, saranno necessarie nuove teorie e modelli per prevedere come questi ceppi influenzeranno la particolare comunità di microbiomi dell’individuo”. Nonostante gli ostacoli summenzionati, Gavrish rimane fiducioso che alcune tensioni che stanno crescendo nella camera anaerobica porteranno a trattamenti. Dopotutto, dice, la connessione tra i microbi intestinali e il cervello umano ha profonde radici evolutive. "Credo davvero che si possa sfruttare la potenza di un milione di anni di segnalazione da parte dei batteri intestinali per aiutare le persone".

La querelle sui neutrini sterili

2020-03-27T12:59:00.002+01:00

Per decenni, gli astrofisici hanno pensato che una sorta di materia oscura invisibile dovesse pervadere le galassie e tenerle insieme, ma a tutt’oggi la sua natura rimanga un mistero. Ora, tre fisici affermano che le loro osservazioni su chiazze di cielo vuote escludono una possibile spiegazione della strana sostanza: che è fatta di particelle insolite chiamate neutrini sterili. Altri invece sostengono che i dati non mostrano nulla del genere. "Penso che per la maggior parte delle persone nella comunità questa sia la fine della storia, - afferma l'autore dello studio Benjamin Safdi, fisico astroparticellare dell'Università del Michigan_Ann Arbor. Ma Kevork Abazajian, fisico teorico dell'Università della California_Irvine, afferma che la nuova analisi è gravemente difettosa. "Ad essere onesti, dice, questo è uno dei peggiori casi di raccolta di dati che ho visto”. Il lavoro inedito, di un altro gruppo che ha osservato simili macchie di cielo vedendo lo stesso segno di neutrini sterili che sfuggivano a Safdi. Gli astrofisici ritengono che ogni galassia si formi e risieda in un vasto ammasso, o "alone", di materia oscura, come la fossa di una pesca. La gravità della sostanza invisibile aiuta a impedire alle stelle all'interno di volare nello spazio vuoto. I fisici teorici hanno inventato numerose particelle ipotetiche che potrebbero costituire la materia oscura, tra cui cugini di particelle subatomiche quasi prive di massa, appena rilevabili chiamate neutrini, che sgorgano dal Sole e dai reattori nucleari. Le particelle che compongono la materia oscura sarebbero ipotetici neutrini “sterili”, più pesanti e persino più sfuggenti. Un neutrino ordinario può interagire con un nucleo atomico; i neutrini sterili interagiscono solo con altri neutrini, insorgendo quando un neutrino normale si trasforma in uno sterile attraverso un processo chiamato miscelazione dei neutrini. L'idea che i neutrini sterili possano costituire la materia oscura ha avuto spazio nel 2014. Le osservazioni sulle galassie vicine e sul centro della nostra Via Lattea hanno rivelato un debole bagliore di raggi X con un'energia specifica, 3,5 chilo-elettroni volt (keV). Quel bagliore sarebbe prevedibile se i neutrini sterili con una massa di 7 keV pervadessero le galassie. Molto raramente, un neutrino sterile decadrebbe in un normale neutrino e una radiografia, dimostrerebbe che avrebbe un'energia pari alla metà della massa del neutrino sterile. Una nuova analisi delle osservazioni astronomiche mostra che il bagliore rivelatore non può provenire dalla materia oscura, riferiscono oggi Safdi e colleghi. Hanno esaminato i dati non provenienti da galassie distanti, ma da vuoti di cielo tra le stelle in oltre 4000 immagini d'archivio scattate da XMM-Newton, telescopio spaziale a raggi X lanciato nel 1999 dall'Agenzia spaziale europea. Se la nostra galassia si trova all'interno di una vasta nuvola di neutrini sterili, allora il telescopio deve scrutare attraverso quella nuvola - e anche il cielo tra le stelle dovrebbe debolmente brillare con raggi X da 3,5 keV. La squadra di Safdi non ha trovato alcun segno di tale splendore e questo suggerisce, - dice Safdi-, che il bagliore nelle galassie lontane non proviene dalla materia oscura, ma da una fonte più ordinaria come il gas caldo. Alexey Boyarsky, teorico di astroparticelle alla Leiden University, non è convinto. "Penso che questo documento sia sbagliato, -dice Boyarsky- aggiungendo che assieme ad altri colleghi hanno eseguito un’analoga analisi non pubblicata nel 2018 , usando anche immagini di XMM-Newton, e hanno visto un bagliore di 3,5 keV dal cielo vuoto: ciò che si aspettava scrutando attraverso un alone di neutrini sterili. In che modo due gruppi guardano gli stessi dati e giungono a conclusioni opposte? La differenza, - dice Boyarsky -, sta nei loro metodi . Poiché la nostra galassia è piena di un sottile gas ionizzato, il cielo emette raggi X, che possono raggiungere il picco come energie specifiche anche senza un contributo della materia oscura. Il telescopio XMM-Newton

Il telescopio XMM-Newton

stesso può anche brillare ed emettere raggi X a determinate energie. E alcune radiografie provengono anche oltre la nostra galassia. Per vedere un bagliore di 3,5 keV dalla materia oscura, i ricercatori devono vagliarlo da quei contributi di fondo. Per fare ciò, Boyarsky e colleghi hanno analizzato l'intero spettro delle energie dei raggi X che XMM-Newton è in grado di rilevare, modellando l'intero sfondo e sottraendolo dai dati. Fondamentalmente, -dice Boyarsky-, il suo gruppo di ricercatori ha rimosso picchi noti a 3,3 keV e 3,7 keV per rivelare il picco inspiegabile di 3,5 keV. Safdi afferma che il suo team ha adottato un approccio diverso. Prendendo in prestito tecniche statistiche sviluppate negli smasher atomici, hanno analizzato lo spettro di ciascuna immagine separatamente e analizzato i dati solo su un intervallo di energie molto più ristretto.

Tuttavia, quella gamma di energia, -dice Abazajian-,non è molto più ampia del picco che la squadra sta cercando,. Boyarsky aggiunge che, poiché Sadfi e il suo team non hanno eliminato le altre due cime di fondo, potrebbero aver scambiato un plateau creato dalle tre cime sovrapposte per uno spettro piatto. “Non è così, -obietta Safdi-, dato che Il suo gruppo di ricerca ha scoperto che sottraendo gli altri picchi e allargando la finestra dell'energia non si cambia il risultato. Se fosse esistito un picco di 3,5 keV, la tecnica più sofisticata del suo team l'avrebbe rivelato”. Allora Boyarsky proverà a pubblicare la sua analisi del cielo bianco. Ora, lo sottoporrà ad altri validi interlocutori. "Non mi interessa se viene pubblicato, ma vorrei che fosse sottoposto a peer review", afferma. "Non possono dire che non è interessante."

Le risposte delle cellule staminali adulte nell'intestino

2020-02-06T12:25:00.001+01:00

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La vita attorno ai camini d'aria termali nelle profondità oceaniche

2020-01-22T16:20:00.001+01:00

L'esplorazione del mare profondo incoraggia gli scienziati ad aprire le loro menti all'impossibile. " Scrutando nel profondo ", esplora la nostra comprensione in evoluzione della vita sotto le onde. Dovrebbe essere un deserto senza vita. Le temperature sono appena al di sopra del punto di congelamento, miglia di acqua applicano una pressione di schiacciamento e la luce solare non giunge lì. Ma le parti più profonde dell'oceano sono in realtà piene di forme di vita stravaganti. Vermi a tubo molto lunghi sette, lumaca bianco spettrale e enormi crostacei hanno tutte le loro case a queste proibitive profondità. Gli organismi monocellulari prosperano nei sedimenti non illuminati. E alcune creature fanno persino la propria luce attraverso la bioluminescenza - come il calamaro vampiro, che espelle una nuvola appiccicosa di muco luminoso invece dell'inchiostro quando è disturbato, o la rana pescatrice,

Rana pescatrice

con un'esca simile a un lampione che emerge dalla sua testa. Sebbene il mare profondo rappresenti circa il 90% dei nostri vasti oceani, rimane in gran parte inesplorato. Per secoli, gli scienziati hanno ipotizzato che la vita a tali profondità fosse impossibile - e il controllo non era un compito semplice. Ma l'avvento dei sommergibili gestiti a distanza negli anni '60 ha aperto l'esplorazione delle acque profonde.

Un mondo alieno di vita è emerso mentre gli esploratori hanno scavato le profondità nero come la pece con tecnologie in costante miglioramento. Queste crescenti scoperte stanno allargando notevolmente la nostra prospettiva degli oceani e riscrivendo la nostra comprensione dei limiti della vita. Stanno plasmando il nostro senso di ciò che è possibile e ci spingono a pensare al di là delle ipotesi di base - sia in termini di esplorazione della Terra che di vaste aree dello spazio. Nella ricerca della vita extraterrestre, gli scienziati si stanno ispirando al nostro oceano. La NASA ha iniziato a finanziare alcune esplorazioni in acque profonde e alcuni astrobiologi hanno collaborato con biologi marini e oceanografi per sondare i confini della biologia qui sulla Terra. Esplorare gli ambienti sconosciuti nel mare profondo rivela guide concrete per esplorare lo spazio e incoraggia anche gli scienziati ad allungare il loro pensiero e ad aprire le loro menti all'impossibile. Oggi si è a malapena graffiato la superficie per comprendere appieno l'estensione della vita sulla Terra. "Ogni volta che andiamo in acque profonde, in un luogo in cui nessuno è stato, la maggior parte delle specie, in particolare le più piccole , non sono mai state viste o descritte prima,- afferma Lisa Levin, ecologa marina (Scripps Institution of Oceanography ) La Jolla, California. Siamo ancora davvero alla fine dell'esplorazione. Abbiamo appena graffiato la superficie, per così dire, o il fondo”.” Quattro decenni fa, gli oceanografi hanno scoperto qualcosa che ha fatto esplodere la biologia come la conoscevamo dall’acqua. Si era a lungo pensato che tutta la vita fosse sostenuta da una catena alimentare basata sulla fotosintesi: alcuni organismi convertono la luce solare in cibo e altri organismi mangiano quegli organismi fotosintetizzanti. Qualsiasi vita sul fondo dell'oceano dove non giungeva la luce del sole, doveva sgranocchiare materiale organico morto che cadeva nell'acqua e probabilmente non c'era abbastanza cibo per sostenere animali grandi e complessi. Il 15 febbraio 1977, un gruppo di ricerca statunitense lasciò cadere un veicolo a distanza nell'Oceano Pacifico a nord delle Isole Galapagos

Isole Galapagos

:cercavano punti in cui il calore proveniente dall'attività vulcanica filtrava dal fondo del mare. Il ROV

Il R O V

affondò oltre i 2500 metri, e venne usata la sua fotocamera e il sensore di temperatura per cercare i camini d'aria caldi. La maggior parte delle immagini scattate dal ROV ha rivelato: flussi di lava sterile. E nello stesso punto in cui la temperatura saliva, apparve un denso grappolo di centinaia di vongole bianche e gusci di cozze marroni. Pochi giorni dopo, tre scienziati sono saliti su un sommergibile chiamato Alvin e si sono precipitati sul posto per verificarle quanto le immagini avevano rivelato. Videro vongole lunghe quasi mezzo metro, granchi bianchi, giganteschi vermi bianchi con cime rosso brillante e un polpo viola. A quelle profondità dove c’era un colore nero come la pece, nessuna di quelle creature avrebbe dovuto esservi. Come potrebbe un ecosistema così vibrante sopravvivere così lontano dalla luce del sole? Si è poi capito che esistono microbi che, invece di usare la luce per crescere, usano sostanze chimiche provenienti dalle rocce in corrispondenza delle aperture idrotermali, per un processo chiamato chemiosintesi. E altre creature possono mangiare quei microbi, riempiendo l'ecosistema.

"Quando sono state scoperti i camini d'aria idrotermali nel 1977,la scoperta ha fortemente rovesciato i valori fondanti della biologia , -dice Julie Huber, oceanografo che studia la vita dentro e sotto il fondo del mare (Woods Hole Oceanographic Institution-WHOI) a Cape Cod. "Si sapeva che gli organismi potevano vivere di energia chimica, ma non immaginavamo che potesse sostenere gli ecosistemi animali". La dottoressa Huber ed altri hanno continuato a studiare quei microbi che sgranocchiano le sostanze chimiche, scoprendo che una serie diversificata di microbi può essere davvero brava a guadagnarsi da vivere dove il sole non splende. Usano le sostanze chimiche a loro disposizione, anche in alcune delle prese d'aria più dure, conosciute come i fumaioli neri." Le possibilità sono molto più grandi di quanto probabilmente pensassimo che fossero solo 15 o più anni fa,- ha affermato la Huber- ed è davvero difficile prevedere ciò che potrebbe essere possibile a volte, perché non sappiamo davvero cosa ancora esiste”. La scoperta della vita nelle aperture idrotermali di acque profonde ha insegnato a mettere i discussione le ipotesi sulla biologia e ha generato eccitazione per la biologia delle acque profonde e della vita ai margini. “Questa è la nostra scienza e naturalmente la nostra biologia ,- ha dichiarato Kevin Hand, astrobiologo (Jet Propulsion Laboratory_NASA _Pasadena_California). E non sappiamo ancora come la biologia funzioni oltre la Terra o come potrebbe funzionare?”

Vita di acque profonde nella Via Lattea? Gli inviati robotici che circondano Giove e Saturno negli ultimi decenni hanno fatto scoperte sorprendenti che hanno affinato l'interesse degli astrobiologi per gli oceani della Terra. La luna di Giove Europa e la luna di Saturno Encelado hanno probabilmente vasti oceani di acqua liquida che scivolano sotto le loro croste ghiacciate. Kevin Hand chiama quella rivelazione "una delle scoperte più emozionanti e profonde che abbiamo fatto in circa mezzo secolo di esplorazione del nostro sistema solare".

Ma era la consapevolezza che i camini d'aria idrotermali potevano sostenere la vita dove il sole non brillava che ha ulteriormente suscitato l'interesse degli astrobiologi per quelle lune ghiacciate. La luce solare probabilmente non arriva al di sotto delle spesse lastre di ghiaccio che ricoprono le lune. Quindi, se gli ambienti sfiatati chimicamente ricchi esistessero su quei mondi oceanici alieni, potrebbero alimentare anche la vita in acque profonde. "La migliore possibilità che abbiamo di dimostrare se c'è vita oltre la Terra nella prossima generazione umana sarebbe andando ed esplorando il fondo oceanico di questi pianeti che sono proprio qui nel nostro sistema solare", afferma Chris German, oceanografo di acque profonde all'OMS, in prima linea nelle collaborazioni oceaniche con la NASA”. Gli astrobiologi mirano a mantenere una mente aperta quando cercano la vita extraterrestre, ma hanno ancora bisogno di alcuni parametri con cui lavorare. La vita sul nostro pianeta è composta dagli stessi elementi di base. Quindi, nel tentativo di definire una sorta di confine della biologia, molti astrobiologi si rivolgono agli ambienti più estremi della Terra. La vita agli estremi Benvenuti nella zona hadal (adale): la parte più profonda dell'oceano. È costituito da trincee e depressioni, si estende per 6 km a 10 km sotto la superficie e prende il nome da Ade, il dio greco degli inferi. "La zona hadal ci offre modi per esaminare i confini degli adattamenti, -afferma Tim Shank, biologo di acque profonde dell'OMS, ponendosi un paio di domande: quali sono i confini del pesce in grado di vivere da qualche parte? quali sono i confini dei gamberi? ” Lì, si pensa ancora che l'unica fonte di cibo sia i detriti che piovono dall'alto. Ma nelle zone in cui si raccoglie il materiale morto, c'è molto di più dei microbi. Molti animali si sono sviluppati. E il cibo non è l'unico fattore limitante per la vita animale. Il peso di chilometri di acqua dovrebbe essere schiacciante. Gli animali dovrebbero lottare per diventare grandi.

Qui Kevin Shank solleva un vaso con quella che sembra una pulce più lunga di quasi mezzo metro. Alicella gigantea è il più grande anfipode mai scoperto - e vive nelle trincee oceaniche profonde. Come possono gli animali sopravvivere a una tale schiacciante pressione? La pressione sembra essere un limite chiave per un po’ di vita. Shank e suoi colleghi suggeriscono che gli animali con spine non possono andare più in profondità di 8.200 metri. Eppure, quegli anfipodi giganti e altre creature con esoscheletri sembrano andare meglio in profondità. Stabilire limiti di pressione per le creature sulla Terra potrebbe aiutare notevolmente gli astrobiologi a sapere dove guardare in altri mondi oceanici. La pressione sembra essere un fattore limitante per gli organismi pluricellulari, come piante e animali. Sono stati trovati microbi praticamente ovunque, anche negli ambienti più estremi. Questo è ciò che dicono gli astrobiologi che molto probabilmente troveranno anche nello spazio. Tuttavia, ci sono molti altri ambienti di acque profonde per superare i confini della vita. Sotto le onde ci sono trincee, canyon, pianure, monti marini, margini continentali, camini d'aria idrotermali, vulcani, fughe di metano e creste oceaniche che corrono come catene montuose attraverso l'oceano. "Sono diversi, - afferma il dott. Levin quanto se pensassi a foreste, deserti, praterie e catene montuose sulla terra". E, dato quanto sia difficile per gli umani esplorare quelle profondità, probabilmente c'è ancora molto altro da scoprire. La vita è già stata trovata in ambienti estremamente difficili come fughe di metano e zone a basso contenuto di ossigeno. "Continuiamo a scoprire nuovi modi, - ha poi concluso-di vivere nell'oceano, nuove forme di vita e nuove capacità microbiche che nessuno conosceva".

Una nuova lente per osservare la vita in ambienti profondi e anche nello spazio

La NASA ha annunciato che finanzierà un progetto interdisciplinare che Chris German ha ideato per anni: il progetto Exploring Ocean Worlds (ExOW). Kevin Hand e Julie Huber sono co-investigatori del progetto. Non guarderanno solo verso l'esterno: quell'esplorazione inizia sulla Terra e potrebbe darci una nuova lente sul nostro pianeta. Questa storia è la quarta puntata di "Sbirciando nel profondo", una serie in cinque parti sull'oceano. La prima parte si tuffa nella "zona del crepuscolo" dell’oceano, dove un nastro trasportatore di minuscole creature trasporta il carbonio su e giù per la colonna d'acqua ogni giorno. La parte 2 evidenzia la sorprendente scoperta di vibranti comunità di coralli che prosperano nelle profondità apparentemente inospitali. La parte 3 presenta una tecnologia emergente che consente ai ricercatori di esaminare le popolazioni ittiche utilizzando un piccolo campione di acqua. La parte 4, appena letta, esplora come le scoperte della vita nel mare profondo stanno informando la ricerca della vita altrove nell'universo. La parte 5 sarà un piacere uditivo con i misteriosi suoni del mare, dal grugnito eglefino al canto delle anguille da clown.

Gli alberi di Ginkgo Biloba possono crescere per migliaia di anni.

2020-01-20T16:12:00.002+01:00

Ginkgo Biloba

Alcuni giganti della foresta, come il Ginkgo Biloba, possono vivere per più di 3000 anni. Nel più completo studio sull'invecchiamento delle piante fino ad oggi, sono stati rivelati i meccanismi molecolari che consentono al Ginkgo - e forse ad altri alberi - di sopravvivere così a lungo. Lo studio fornisce la prima vera prova genetica per qualcosa che gli scienziati sospettavano da tempo. "La condizione predefinita nelle piante è l’immortalità, - afferma Howard Thomas, biologo vegetale dell'Università di Aberystwyth- non coinvolto nel lavoro”. Per sostenere questa audace affermazione, si è lavorato inizialmente con nuclei sottili di 34 alberi sani di Ginkgo Biloba ad Anlu, nella provincia cinese di Hubei, e Pizhou, nella provincia di Jiangsu. (L'eccitazione dei nuclei non ha danneggiato gli alberi.) Esaminando gli anelli di crescita, Li Wang, -biologo molecolare delle piante-'Università di Yangzhou con altri- hanno scoperto che la crescita dei Ginkgo non ha rallentato dopo centinaia di anni. Inoltre, la dimensione delle foglie, la capacità fotosintetica e la qualità dei semi degli alberi, tutti indicatori di salute, non differivano con l'età. “Per scoprire il meccanismo a livello genetico, sono state confrontate l'espressione genica nelle foglie e nel cambio, sottile strato di cellule staminali tra il legno interno e la corteccia esterna che si differenziano in altri tessuti durante la vita di un albero. Poiché gli alberi più vecchi – ha affermato Wang- hanno solo pochi strati di cellule cambiali, la raccolta di materiale sufficiente per lavorare è risultata difficile”. Il team ha sequenziato l'RNA degli alberi, esaminato la produzione di ormoni e schermato i miRNA - molecole che possono attivare e disattivare geni specifici - in alberi che vanno dai 3 ai 667 anni. Come previsto, l'espressione dei geni associati alla senescenza, lo stadio finale e fatale della vita, aumentava prevedibilmente nelle foglie morenti. Ma quando è stata esaminata l'espressione degli stessi geni nel cambium, non hanno trovato alcuna differenza tra alberi giovani e vecchi. Ciò suggerisce che, sebbene gli organi come le foglie muoiano, è improbabile che gli alberi stessi muoiano di vecchiaia: valutazione oggi riportata negli Atti della National Academy of Sciences. Ci sono prove che gli alberi comunque subiscono dei cambiamenti nel tempo. Gli alberi più vecchi avevano livelli più bassi di un ormone della crescita chiamato acido indole-3-acetico e livelli più alti di un ormone che inibisce la crescita chiamato acido abscisico. Quei 200 anni o più hanno anche visto una riduzione nell'espressione genica associata a divisione cellulare, differenziazione ed espansione. Ciò significa che le cellule staminali cambiali negli alberi più vecchi non si dividono in legno nuovo come negli alberi più giovani. Il biologo vegetale Jinxing Lin della Beijing Forestry University coautore dello studio, afferma che se il tasso di divisione delle cellule cambiali continui a diminuire dopo migliaia di anni, la crescita degli alberi potrebbe rallentare e gli alberi del Ginkgo potrebbero infine morire di vecchiaia. La maggior parte degli alberi, tuttavia, sembra morire per "incidenti" come parassiti o siccità. Per vedere se gli alberi diventano più vulnerabili a tali fattori di stress man mano che invecchiano, sono stati esaminati i geni correlati alla resistenza ai patogeni e alla produzione di composti antimicrobici protettivi chiamati flavonoidi. Non hanno trovato differenze nell'espressione genica per alberi di età diverse, suggerendo che gli alberi non perdono la capacità di difendersi da fattori di stress esterni. “Questa è un'abilità "sorprendente”, - ha affermato il biologo molecolare Richard Dixon dell'Università del North Texas, Denton- che aiuta i Ginkgo a crescere in modo sano per migliaia di anni.” Non aver bisogno di preoccuparsi di invecchiare è qualcosa che per gli umani è difficile da capire, - ha affermato il fisiologo vegetale Sergi Munné-Bosch- Università di Barcellona, non coinvolto nello studio. L'invecchiamento non è un problema per questa specie, ha affermato, il problema più importante che devono affrontare è lo stress". Si continueranno a studiare i tassi di mutazione negli alberi di Ginkgo e ad esaminare i meccanismi alla base dell'invecchiamento. Nel frattempo, Thomas e Munné-Bosch predicono entrambi che altri scienziati potrebbero usare metodi simili per studiare l'invecchiamento in altri alberi, che vanno dai pioppi “da topo da laboratorio” di breve durata alle imponenti sequoie antiche.

I trapani molecolari distruggono i superbatteri

2019-12-25T12:04:00.000+01:00

I trapani molecolari hanno acquisito la capacità di colpire e distruggere i batteri mortali che sviluppano una resistenza a quasi tutti gli antibiotici. In alcuni casi, i trapani rendono nuovamente efficaci gli antibiotici.

I ricercatori della Rice University, della Texas A&M University, della Biola University e della Durham (UK) University hanno dimostrato che le molecole motorizzate sviluppate nel laboratorio del chimico James Tour, di Rice sono efficaci per uccidere i microbi resistenti agli antibiotici in pochi minuti.

trapani molecolari

"Questi superbatteri potrebbero uccidere 10 milioni di persone, -ha detto Tour- all'anno entro il 2050, superando il cancro". "Sono batteri da incubo; non rispondono a nulla." I motori dei trapani molecolari colpiscono i batteri e, una volta attivati con la luce, scavano nei loro esterni. Mentre i batteri possono evolversi per resistere agli antibiotici bloccando gli antibiotici, i medesimi non hanno alcuna difesa contro i trapani molecolari. Gli antibiotici in grado di superare le aperture fatte dai trapani sono ancora una volta letali per i batteri. Questi sono i recenti risultati. Tour e Robert Pal, ricercatore della Royal Society University di Durham, hanno introdotto i trapani molecolari per la perforazione delle cellule nel 2017. I trapani sono molecole paddlelike che possono essere spinte a 3 milioni di rotazioni al secondo quando sono attivati mediante la luce. I test del laboratorio A&M del Texas affidati a Jeffrey Cirillo e dell'ex ricercatore di Rice Richard Gunasekera, ora a Biola, hanno effettivamente ucciso Klebsiella pneumoniae in pochi minuti. Immagini microscopiche di batteri bersaglio hanno mostrato dove i motori avevano perforato passando attraverso le pareti cellulari. "I batteri non solo, - ha detto Tour- hanno un doppio strato lipidico, hanno due doppi strati e proteine con zuccheri che li collegano, quindi normalmente gli antibiotici non attraversano queste pareti cellulari molto robuste. Ecco perché questi batteri sono così difficili da uccidere. Ma non hanno modo di difendersi da macchine come questi trapani molecolari, poiché si tratta di un'azione meccanica e non di un effetto chimico ". I motori hanno anche aumentato la suscettibilità della polmonite K. al meropenem, un farmaco antibatterico a cui i batteri avevano sviluppato resistenza. "A volte, quando i batteri, - ha sottolineato Tour - scoprono una droga, non la lasciano entrare. Altre volte, i batteri sconfiggono il farmaco facendolo entrare e disattivandolo." Il meropenem è trattato dai batteri secondo la prima modalità. "Ora possiamo farcela, - rileva ancora Tour -attraverso la parete cellulare. Questo successo può dare nuova vita agli antibiotici inefficaci, quando vengono utilizzati in combinazione con i trapani molecolari." Gunasekera ha affermato che le colonie batteriche colpite con una piccola concentrazione di nanomacchine da sole hanno ucciso fino al 17% delle cellule, ma che sono aumentate al 65% con l'aggiunta di meropenem. Dopo aver ulteriormente bilanciato i motori e l'antibiotico, sono stati uccisi il 94% del patogeno che causa la polmonite.

Nanomacchine che distruggono filamenti di DNA

Tour rileva inoltre che le nanomacchine potrebbero essere efficaci per il loro impatto immediato nel trattamento delle infezioni della pelle, delle ferite, del catetere o dell'impianto causate da batteri - come stafilococco aureo MRSA, klebsiella o pseudomonas - e infezioni intestinali."Sulla pelle, nei polmoni o nel tratto gastrointestinale, ovunque, - ha detto lo scienziato- possiamo introdurre una fonte di luce, possiamo attaccare questi batteri . Oppure si potrebbe avere il flusso di sangue attraverso una scatola esterna contenente luce e poi di nuovo nel corpo per uccidere i batteri trasmessi dal sangue." "Siamo inizialmente molto interessati, - ha detto Cirillo- al trattamento delle infezioni della ferita e dell'impianto. Ma abbiamo modi per fornire queste lunghezze d'onda della luce alle infezioni polmonari che causano numerose mortalità per polmonite, fibrosi cistica e tubercolosi, quindi svilupperemo anche trattamenti per le infezioni respiratorie". Gunasekera ha notato che possono essere presi di mira anche batteri trasmessi dalla vescica che causano infezioni del tratto urinario.

Il Tour lab promuove altre capacità delle microscopiche nanomacchine di trattare le malattie. Nelle ACS Applied Materials Interfaces, i ricercatori della Rice e del MD Anderson Cancer Center dell'Università del Texas hanno preso di mira e attaccato campioni di laboratorio di cellule tumorali del pancreas con macchine che rispondono alla luce ultravioletta visibile, piuttosto che in precedenza. "Questo è un altro grande progresso, - ha detto Tour- poiché la luce visibile non causerà più danni alle cellule circostanti".

La metagenomica e la temetogenomica_ come studio virus e batteri con l'aiuto di data center

2019-12-17T19:03:00.001+01:00

Un algoritmo simile a quello fastidiosamente utile che tenta di completare automaticamente messaggi di testo ed e-mail viene ora sfruttato per una causa migliore. Un gruppo di ricercatori sta usando la sua capacità di riconoscimento dei modelli per identificare le comunità microbiche nel corpo, setacciando i volumi di codice genetico. Questo metodo potrebbe accelerare lo sviluppo di trattamenti medici per i disturbi legati al microbiota come la malattia di Crohn.

Nell'ultimo decennio, gli scienziati hanno compiuto enormi progressi nella comprensione del fatto che gruppi di batteri e virus che coesistono naturalmente in tutto il corpo umano svolgono un ruolo importante in alcune funzioni vitali come la digestione, il metabolismo e persino la lotta alle malattie. Ma capire come lo fanno rimane una domanda ancora senza risposta. I ricercatori della Drexel University sperano di aiutare a rispondere a questa domanda attraverso una combinazione intelligente di sequenziamento genetico ad alto rendimento e algoritmi informatici per l'elaborazione del linguaggio naturale. La ricerca, riporta un nuovo metodo di analisi dei codici trovati nell'RNA che può delineare le comunità microbiche umane e rivelare come funzionano. Gran parte della ricerca sull'ambiente microbico umano - o microbioma - si è concentrata sull'identificazione di tutte le diverse specie di microbi. E il nascente sviluppo di trattamenti per le malattie legate al microbiota funziona con l'idea che squilibri o deviazioni nel microbioma siano la fonte di problemi di salute, come indigestione o morbo di Crohn. Ma per correggere adeguatamente questi squilibri è importante che gli scienziati abbiano una comprensione più ampia delle comunità microbiche esistenti - sia nelle aree colpite che in tutto il corpo. "Stiamo davvero iniziando a raschiare la superficie della comprensione, ha affermato l’autore Gail Rosen, professore associato presso il College of Engineering di Drexel-degli effetti sulla salute del microbiota. In molti modi gli scienziati sono entrati in questo lavoro senza avere un quadro completo di come sono queste comunità microbiche, quanto sono prevalenti e in che modo la loro configurazione interna influenza il loro ambiente immediato all'interno del corpo umano". Rosen dirige il Center for Biological Discovery di Drexel da Big Data, un gruppo di ricercatori che ha applicato algoritmi e machine learning per aiutare a decifrare enormi quantità di informazioni sul sequenziamento genetico che sono diventate disponibili negli ultimi anni. Il loro lavoro e sforzi simili in tutto il mondo hanno spostato la ricerca in microbiologia e genetica dal laboratorio umido al data center, creando un approccio computazionale allo studio delle interazioni e dell'evoluzione degli organismi, chiamato metagenomica. In questo tipo di ricerca, una scansione di un campione di materiale genetico - DNA o RNA - può essere interpretata per rivelare gli organismi che sono probabilmente presenti. Il metodo presentato dal gruppo di Rosen fa un ulteriore passo avanti analizzando il codice genetico per individuare schemi ricorrenti, un'indicazione che alcuni gruppi di organismi - i microbi in questo caso - si trovano insieme così frequentemente da non essere una coincidenza. "Chiamiamo, - ha detto Rosen-, questo metodo 'temetagenomica', perché stiamo cercando temi ricorrenti nei microbiomi che siano indicatori di gruppi di microbi che si verificano contemporaneamente. Ci sono migliaia di specie di microbi che vivono nel corpo, quindi se pensi a tutte le permutazioni di raggruppamenti che potrebbero esistere si può immaginare quale compito scoraggiante è determinare quale di loro vive in comunità tra loro. Questo metodo mette un algoritmo di riconoscimento dei modelli per lavorare sull'attività, il che consente di risparmiare un'enorme quantità di tempo ed elimina alcune congetture. I metodi attuali per lo studio del microbiota, ad esempio i batteri intestinali, prelevano un campione da un'area del corpo e guardano il materiale genetico presente. Questo processo, secondo gli autori di questo studio, è intrinsecamente privo di un contesto importante. "È impossibile capire, -ha dichiarato Steve Woloszynek, PhD e apprendista MD presso il Drexel's College di medicina- veramente cosa stanno facendo le comunità di microbi se non capiamo prima l'estensione della comunità e quanto frequentemente e in quale altro luogo potrebbero verificarsi nel corpo. In altre parole, è difficile sviluppare trattamenti per promuovere la coesistenza microbica naturale se il loro" stato naturale "non è ancora noto."

Ottenere una mappa completa delle comunità microbiche, usando la temetagenomica, consente ai ricercatori di osservare come cambiano nel tempo, sia nelle persone sane che in quelle che soffrono di malattie. E osservare la differenza tra i due fornisce indizi sulla funzione della comunità, oltre a illuminare la configurazione delle specie di microbi che lo consente. "La maggior parte dei metodi di metagenomica, -ha aggiunto Rosen- ti dicono solo quali microbi sono abbondanti - quindi probabilmente importanti - ma in realtà non ti dicono molto su come ogni specie sostiene gli altri membri della comunità. Con il nostro metodo ottieni un'immagine della configurazione della comunità - ad esempio, potrebbe avere E. coli e B. fragilis come i microbi più abbondanti e in numero abbastanza uguale - il che potrebbe indicare che sono incrociati. Un'altra comunità può avere B. fragilis come il microbo più abbondante, con molti altri microbi in numero uguale, ma inferiore, il che potrebbe indicare che si stanno alimentando tutto ciò che B. fragilis sta producendo, senza alcuna cooperazione. "Uno degli obiettivi finali dell'analisi del microbiota umano è utilizzare la presenza di determinate comunità di microbi come indicatori per identificare malattie come il morbo di Crohn o persino tipi specifici di cancro. Per testare il loro nuovo metodo, i ricercatori di Drexel lo hanno confrontato con procedure di modellazione di argomenti simili che diagnosticano il cancro di Crohn e della bocca misurando l'abbondanza relativa di alcune sequenze genetiche. Il metodo temetagenomica ha dimostrato di essere altrettanto accurato nel prevedere le malattie, ma lo fa molto più velocemente rispetto agli altri metodi di modellazione di argomenti - minuti contro giorni - e analizza anche il modo in cui ciascuna specie di microbo nella comunità indicatore può contribuire alla gravità della malattia. Con questo livello di granularità, i ricercatori saranno in grado di adattarsi a particolari gruppi genetici durante lo sviluppo di trattamenti mirati. Il gruppo ha reso pubblici i suoi strumenti di analisi temetagenomica nella speranza di accelerare i progressi verso cure e trattamenti per queste malattie. "È molto presto in questo momento, - ha concluso Rosen- ma più comprendiamo come funziona il microbioma - anche solo sapendo che i gruppi potrebbero agire insieme - quindi possiamo esaminare le vie metaboliche di questi gruppi e intervenire o controllarli, quindi pavimentando la strada per lo sviluppo di farmaci e la ricerca terapeutica ". Oltre a Rosen e Woloszynek e Zhengqiao Zhao, PhD, del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica, hanno partecipato alla ricerca Joshua Mell, MD, del Drexel's College of Medicine; e Gideon Simpson, PhD, e Michael O'Connor, PhD, del College of Arts & Sciences di Drexel.

Il computer quantistico ha la meglio su tutti i computer convenzionali

2019-09-25T17:57:00.000+02:00

L'era dell'informatica quantistica potrebbe essere iniziata con una fuga di Internet. In un sito di laboratorio, i fisici di Google hanno utilizzato un computer quantistico per eseguire un calcolo che avrebbe travolto il miglior supercomputer convenzionale al mondo. Sebbene il calcolo specifico non abbia alcun uso noto, il risultato significa che gli scienziati hanno superato una pietra miliare nota come "supremazia quantistica". "È un grande risultato scientifico, - afferma il fisico Chad Rigetti, fondatore e CEO di Rigetti Computing a Berkeley e Fremont_ California-, impegnato a sviluppare i propri computer quantistici. "Google ha spiegato esattamente come avrebbe dimostrato la supremazia quantistica un paio di anni fa. Greg Kuperberg, matematico all'Università della California, Davis, definisce l'avanzata ottenuta "un grande passo verso il calcio d'inizio di qualsiasi argomento plausibile che la realizzazione di un computer quantistico sia impossibile". Secondo il Financial Times, che ha diffuso la storia erano presenti indicazioni sul sito web del Centro ricerche Ames della NASA a Moffett Field _California. I lettori hanno scaricato il manoscritto prima che svanisse, e sta circolando online. John Martinis, fisico che guida lo sforzo di calcolo quantistico di Google a Santa Barbara, in California, ha rifiutato di commentare la storia. Un computer quantistico mira a sfruttare gli strani aspetti della meccanica quantistica per eseguire tipi di calcoli che sommergerebbero un computer classico. Un computer classico dipende da "bit" di informazioni che possono essere impostati come zero o uno, un computer quantistico impiega qubit che possono essere impostati su zero, uno o, grazie alla meccanica quantistica, qualsiasi combinazione di zero e uno in corrispondenza contemporaneamente. Ciò consente a un computer quantistico di elaborare contemporaneamente una moltitudine di input. Ad esempio, un computer quantistico da 10 qubit potrebbe elaborare contemporaneamente 2 10 o 1024 possibili input invece di analizzarli uno alla volta. Il vero potere di un simile computer deriva da altri fenomeni quantistici. Per alcuni problemi computazionali, tutte le potenziali soluzioni possono essere pensate come onde quantistiche che scivolano simultaneamente tra i qubit. Sistemando le cose, quelle onde interferiscono l'una con l'altra in modo che le risposte errate si annullino a vicenda e la risposta giusta si spenga. Tale interferenza dovrebbe consentire a un computer quantistico a tutti gli effetti di hackerare gli attuali schemi di crittografia di Internet prendendo in considerazione gli enormi numeri che sono alla base di essi. Quest’ impresa richiederebbe migliaia di qubit, quindi Martinis e colleghi hanno concepito un problema in base al quale un computer quantistico con solo dozzine di qubit poteva superare qualsiasi concorrente convenzionale. I 53 qubit nel loro dispositivo sono costituiti da piccoli circuiti di metallo superconduttore che possono essere in uno stato a bassa energia per indicare zero, uno stato ad alta energia per denotarne uno o entrambi allo stesso tempo, almeno fino alla misurazione, quando questi due stati di strada collassano in un modo o nell'altro. Quindi hanno fatto interagire coppie di qubit in vari modi attraverso una serie fissa ma casuale di operazioni. Presi come un gruppo, i qubit emettono un numero qualsiasi compreso tra zero e 2 53 . Grazie all'interferenza quantica causata dalle operazioni, alcuni numeri dovrebbero apparire più spesso di altri. E con l'aumentare del numero di qubit, calcolare quella distribuzione irregolare delle uscite diventerebbe estremamente difficile per un normale computer. Quindi, se gli sperimentatori vedono lo schema ineguale dei numeri emessi, hanno prove che il loro dispositivo quantico ha calcolato qualcosa che un computer convenzionale non può. Come in ogni sforzo di calcolo quantistico, la chiave era preservare i delicati stati quantistici dei qubit durante tutto il processo. Il team di Google riferisce di essere riuscito a vedere il modello rivelatore nei numeri generati. Per dimostrare che lo schema non era solo rumore, sono stati confrontati i risultati per prove più piccole e sottogruppi di qubit con simulazioni di supercomputer. Tuttavia, non potevano farlo per i casi più gravi del problema. Stimano, infatti ciò che il computer quantistico potrebbe fare in poco più di 3 minuti richiederebbe la riproduzione di un supercomputer di 10.000 anni. La dimostrazione non è tanto un calcolo quanto uno sforzo per preparare uno stato quantico che è difficile da simulare. "I computer quantistici non sono" supremi "rispetto ai computer classici a causa di un esperimento di laboratorio progettato essenzialmente per ... implementare una procedura di campionamento quantistico molto specifica senza applicazioni pratiche,- afferma Dario Gil, direttore di IBM Research a Yorktown Heights_New York-, che è possibile sviluppando anche macchine con qubit superconduttori. Il computer di Google manca anche della possibilità di correggere errori, che possono essere la chiave per realizzare un computer quantistico a tutti gli effetti. “Ciò richiede la codifica di un singolo qubit "logico" più stabile , - ha spiegato Kuperberg- in diversi stati "fisici" meno affidabili, per consentire alla macchina di mantenere gli stati quantici molto più a lungo”. “Rigetti ha osservato che i risultati di Google potrebbero mettere l'azienda in una posizione ideale per dimostrare anche tale correzione degli errori. Gil esprime un'altra preoccupazione a lungo sostenuta da molti sul campo: “che dopo tutto l'hype che circonda la supremazia quantistica, l'informatica quantistica potrebbe sperimentare una delusione come quella che ha afflitto il campo dell'intelligenza artificiale dagli anni '70 fino all'attuale decennio, quando la tecnologia ha finalmente raggiunto le mete tanto sospirate”. Nel documento trapelato su Internet, tuttavia, i 76 autori concludono ottimisticamente: "Siamo solo un algoritmo creativo lontano da preziose applicazioni a breve termine".

Recuperati altri rostri nei fondali delle Egadi

2019-08-01T13:43:00.003+02:00

I preziosi reperti sono stati ritrovati grazie alla sinergia operativa tra la Soprintendenza del mare della Regione Siciliana, la Rpm Nautical Foundation e i subacquei della Global Underwater Explorer. Nel corso delle ricerche, anche quest'anno condotte con la nave oceanografica Hercules, sono stati scoperti ulteriori target che vanno ad arricchire il ricco database costruito negli ultimi anni. Nelle tre settimane di indagini, sono state individuate sessantotto anfore greco-italiche, due Dressel, quattro puniche e quattro piatti.

I due rostri in bronzo portano a diciotto il numero di quelli recuperati dei diciannove individuati in questi anni. I micidiali strumenti da guerra, montati sulla prua delle navi per speronare le imbarcazioni nemiche, rappresentano la prova evidente che i fondali di Levanzo, sono certamente il teatro della battaglia navale che sancì la fine della Prima guerra punica, con la vittoria della flotta romana su quella cartaginese. Fino ad oggi sono stati rinvenuti sedici rostri romani e due cartaginesi.

Sono stati, inoltre, individuati e recuperati, sempre nello stesso areale, alla profondità di ottanta metri, dai subacquei della Gue, due elmi del tipo montefortino

di pregiatissima fattura. I due reperti in bronzo presentano una particolare decorazione con forma di animale nella parte sommitale, quindi sicuramente appartenuti a graduati dell'esercito romano. Recuperate anche due coppie di paragnatidi, protezioni laterali in metallo applicate all'elmo, atte a proteggere il volto dei soldati. Questi due elmi, assieme a un altro del tipo montefortino recuperato negli scorsi giorni, si aggiungono ai ventidue già recuperati nelle campagne precedenti. Alcuni di essi, già restaurati, sono in esposizione presso il Museo della "Battaglia delle Egadi" a Favignana.

Ma la vera novità delle ricerche di quest'anno è la scoperta effettuata tre giorni fa, tanto agognata dal compianto Sebastiano Tusa, artefice dell'individuazione del luogo della battaglia: una spada

Spada recuperata nelle Egadi

in metallo, della lunghezza di circa settanta centimetri con una lama larga cinque centimetri, appartenuta probabilmente ai soldati di uno dei due eserciti. Indagini radiologiche e Tac, condotte dal professore Massimo Midiri - direttore della sezione di Scienze radiologiche del dipartimento Bind dell'università di Palermo - hanno confermato la struttura dell'arma che sarà oggetto di studio nelle prossime settimane. La spada si presenta totalmente incrostata dagli organismi marini che in più di duemila anni la hanno avvolta. Era ciò che l'archeologo Sebastiano Tusa aspettava fin dall'inizio delle ricerche: i rostri, gli elmi, le stoviglie di bordo e le numerose anfore non completavano, infatti, il quadro. Le armi dei soldati non erano state, fino ad oggi, mai ritrovate. Nello stesso luogo della spada, sono stati recuperati due chiodi di grandi dimensioni, a sezione quadrangolare, probabilmente appartenuti a una delle imbarcazioni affondate durante lo scontro.

«E' la conferma - dichiara il dirigente generale dei Beni culturali Sergio Alessandro - che Tusa cercava da molti anni. Portiamo a casa un risultato di grande valenza scientifica. Questi ritrovamenti confermano il valore delle collaborazioni tra Regione Siciliana, enti scientifici, fondazioni private e soggetti in possesso di alte tecnologie».

Le ricerche in mare, inizialmente condotte unicamente in maniera strumentale dalla Soprintendenza del mare e dalla Rpm Nautical Foundation

, da tre anni si sono avvalse della competenza dei subacquei altofondalisti della Global Underwater Explorer che, con l'indagine diretta dei subacquei e il recupero dei reperti individuati, hanno dato impulso e velocità alle complesse operazioni finora assicurate da un robot subacqueo (Rov).

I reperti, dopo lo studio e il restauro, andranno ad arricchire l'esposizione all'interno dell'ex stabilimento Florio di Favignana dove, in una sala allestita con spettacolari elementi multimediali, sono esposti i rostri e gli elmi recuperati nelle campagne precedenti. La storia della battaglia è completata da una proiezione immersiva su sei schermi che racconta il tragico scontro tra le due flotte dal punto di vista dei due comandanti, Lutazio Catulo e Annone.

I microbi intestinali mangiano i nostri farmaci!

2019-06-19T14:46:00.003+02:00

Un buon pane a lievitazione naturale consiste nella manipolazione dei microbi. Fermentare verdure o caramellare cipolle, sono operazioni che vanno considerate per le reazioni chimiche cruciali alla base di questi intrugli. Quando una fetta di pasta acida viaggia attraverso il sistema digestivo, i miliardi di microbi che vivono nel nostro intestino aiutano il corpo ad abbattere quel pane per assorbire le sostanze nutritive. Il corpo umano non può digerire certe sostanze - per esempio fibre importanti - allora i microbi aumentano per eseguire la chimica apposita. "Questo tipo di metabolismo microbico può anche essere dannoso, - ha detto Maini Rekdal, studente laureato nel laboratorio della professoressa Emily Balskus – perché i microbi intestinali possono anche masticare farmaci, spesso con effetti collaterali pericolosi. E allora il farmaco non raggiungerà il suo obiettivo nel corpo, diverrà tossico tutto ad un tratto, o forse sarà meno utile.” Questa ricerca presso l’Università della California -San Francisco- descrive uno dei primi esempi concreti di come il microbioma possa interferire con il percorso previsto dal farmaco attraverso il corpo. Concentrandosi sulla levodopa (L-dopa), (un trattamento primario per la malattia di Parkinson), sono stati identificati quali batteri sono responsabili della degradazione del farmaco e come sia possibile fermare questa interferenza microbica. La malattia di Parkinson attacca le cellule nervose del cervello che producono dopamina, senza le quali il corpo può subire tremori, rigidità muscolare, problemi di equilibrio e coordinazione. La L-dopa trasporta la dopamina nel cervello per alleviare i sintomi, ma solo circa l'1-5% del farmaco raggiunge effettivamente il cervello. Questa quantità e l'efficacia del farmaco, varia ampiamente da paziente a paziente. Dall'introduzione di L-dopa (fine degli anni '60), i ricercatori hanno saputo che gli enzimi del corpo (strumenti che eseguono la chimica necessaria) possono abbattere la L-dopa nell'intestino, impedendo al farmaco di raggiungere il cervello. L'industria farmaceutica ha introdotto un nuovo farmaco, la carbidopa, per bloccare il metabolismo della L-dopa indesiderato. Presi insieme, il trattamento sembrò funzionare." Anche così-aggiunge Rekdal, - c'è tanto metabolismo inspiegabile, molto variabile tra le persone". Questa varianza è un problema: non solo il farmaco è meno efficace per alcuni pazienti, ma quando la L-dopa viene trasformata in dopamina al di fuori del cervello, il composto può causare effetti collaterali, tra cui gravi disturbi gastrointestinali e aritmie cardiache. Se meno del farmaco raggiunge il cervello, ai pazienti viene spesso dato di più per gestire i loro sintomi, aumentando potenzialmente questi effetti collaterali. Rekdal sospettava che i microbi potessero essere alla base della scomparsa della L-dopa. Poiché è stato dimostrato che gli antibiotici migliorano la risposta del paziente alla L-dopa, gli scienziati hanno ipotizzato che i batteri potrebbero essere la causa. Nessuno ha identificato quali specie batteriche potrebbero essere colpevoli o come e perché mangiano la droga. Quindi, il gruppo di Balskus ha avviato un'indagine. L'insolita chimica - L-dopa alla dopamina - fu il loro primo indizio. Pochi enzimi batterici possono eseguire questa conversione. Un buon numero però si lega alla tirosina, amminoacido simile alla L-dopa. E uno, da un microbo alimentare spesso presente nel latte e nei sottaceti (Lactobacillus brevis), può accettare sia la tirosina che la L-dopa. Utilizzando come riferimento il progetto Human Microbiome, Rekdal e il suo gruppo hanno ricercato il DNA batterico per identificare quali microbi intestinali avevano geni per codificare un enzima simile. Diversi soddisfano questi criteri; ma solo un ceppo, Enterococcus faecalis (E. faecalis), mangiava, ogni volta, tutta la L-dopa. Con questa scoperta, il gruppo ha fornito le prime prove evidenti che collegavano E. faecalis e l'enzima dei batteri (tirosina decarbossilasi o TyrDC dipendente dal PLP) al metabolismo della L-dopa. Eppure, un enzima umano può e fa convertire la L-dopa in dopamina nell'intestino, la stessa reazione che carbidopa è progettata per fermare. Allora perché, si chiedeva il gruppo, l'enzima di E. faecalis sfugge alla portata di carbidopa? Anche se gli enzimi umani e batterici svolgono esattamente la stessa reazione chimica, quella batterica ha un aspetto leggermente diverso. È stato ipotizzato che la carbidopa potrebbe non essere in grado di penetrare nelle cellule microbiche o che la leggera variazione strutturale potrebbe impedire al farmaco di interagire con l'enzima batterico. Se è vero, altri trattamenti mirati all'ospite possono essere altrettanto inefficaci quanto la carbidopa contro simili macchinazioni microbiche. Balskus e il suo gruppo hanno già scoperto una molecola in grado di inibire l'enzima batterico. "La molecola spegne questo metabolismo batterico indesiderato senza uccidere i batteri, prendendo solo di mira un enzima non essenziale". Questo e composti simili potrebbero fornire un punto di partenza per lo sviluppo di nuovi farmaci per migliorare la terapia con L-dopa per i pazienti affetti da Parkinson. La squadra si è poi spinta ulteriormente a svelare una seconda fase del metabolismo microbico della L-dopa. Dopo che E. faecalis trasforma il farmaco in dopamina, un secondo organismo converte la dopamina in un altro composto, la meta-tiramina. Per trovare questo secondo organismo, Rekdal allora sperimentò un campione fecale, sottoponendo la sua variegata comunità microbica a un gioco darwiniano, alimentando con la dopamina orde di microbi per vedere quale prosperasse.

Eggerthella lenta

Eggerthella lenta ha vinto. Questi batteri consumano dopamina, producendo meta-tiramina come sottoprodotto. Questo tipo di reazione è difficile, anche per i chimici. Il sottoprodotto della meta-tiramina può contribuire ad alcuni degli effetti collaterali della L-dopa nociva e quindi deve essere fatta più ricerca. A parte le implicazioni per i pazienti del Parkinson, la nuova chimica di E. lenta solleva diversi interrogativi: perché i batteri si adattano all'uso della dopamina, tipicamente associata al cervello? Cos'altro possono fare i microbi dell'intestino? E questa chimica ha un impatto sulla nostra salute? "Questo ventaglio di domande suggeriscono che i microbi intestinali possono contribuire alla drammatica variabilità osservata negli effetti collaterali e nell'efficacia tra i diversi pazienti che assumono L-dopa. E questa interferenza microbica non può essere limitata alla L-dopa e alla malattia di Parkinson. Questa ricerca potrebbe svolgere un ulteriore lavoro per scoprire esattamente chi c'è nel nostro intestino, cosa possono fare i batteri e come possono avere, nel bene e nel male, un impatto sulla nostra salute.

Come salvare il gatto di Schrödinger

2019-06-05T17:02:00.002+02:00

Un computer quantistico

I ricercatori di Yale hanno capito come catturare e salvare il famoso gatto di Schrödinger, il simbolo della sovrapposizione quantistica e dell'imprevedibilità, anticipando i suoi salti e agendo in tempo reale per salvarlo dalla rovina proverbiale. Nel processo, si capovolgono anni di un dogma fondamentale nella fisica quantistica.

La scoperta consente ai ricercatori di creare un sistema di allarme rapido per imminenti salti di atomi artificiali contenenti informazioni quantistiche.

Il gatto di Schrödinger è un noto paradosso usato per illustrare il concetto di sovrapposizione - la possibilità per due stati opposti di esistere simultaneamente - e l'imprevedibilità nella fisica quantistica. L'idea è che un gatto sia posto in una scatola sigillata con una fonte radioattiva e un veleno che verrà attivato se un atomo della sostanza radioattiva decade. La teoria della sovrapposizione della fisica quantistica suggerisce che finché qualcuno non apre la scatola, il gatto è sia vivo che morto, in pratica una sovrapposizione di stati. L'apertura della scatola per osservare il gatto lo fa cambiare improvvisamente il suo stato quantico in modo casuale, costringendolo a essere vivo o morto.

Il salto quantico è il cambiamento discreto (non continuo) e casuale nello stato in cui viene osservato.

L'esperimento, eseguito nel laboratorio del professore di Yale Michel Devoret e proposto dall'artista principale Zlatko Minev, scruta per la prima volta l'effettivo funzionamento di un salto quantico. Viene rivelata una scoperta sorprendente che contraddice la visione consolidata del fisico danese Niels Bohr - i salti non sono né improvvisi né casuali come si pensava in precedenza.

Per un oggetto minuscolo come un elettrone, una molecola o un atomo artificiale contenente informazioni quantistiche (noto come un qubit), un salto quantico è la transizione improvvisa da uno dei suoi stati energetici discreti a un altro. Nello sviluppo di computer quantistici, i ricercatori devono fare i conti con i salti dei qubit, che sono le manifestazioni degli errori nei calcoli.

Gli enigmatici salti quantici furono teorizzati da Bohr un secolo fa, ma non osservati fino agli anni '80, negli atomi.

"Questi salti si verificano ogni volta che misuriamo un qubit, -ha detto FW Beinecke Devoret, professore di fisica applicata e fisica a Yale e membro dello Yale Quantum Institute- i salti quantici sono noti per essere imprevedibili nel lungo periodo."

"Nonostante ciò, -ha aggiunto Minev -, volevamo sapere se fosse stato possibile ottenere un segnale di avvertimento in anticipo che un salto sta per verificarsi imminente".

Minev ha notato che l'esperimento è stato ispirato da una previsione teorica del professore Howard Carmichael dell'Università di Auckland, pioniere della teoria della traiettoria quantistica e co-autore della ricerca.

Oltre al suo impatto fondamentale, la scoperta è un potenziale importante progresso nella comprensione e nel controllo delle informazioni quantistiche.Si sostiene che gestire in modo affidabile i dati quantici e correggere gli errori non appena si verificano è una sfida chiave nello sviluppo di computer quantistici pienamente utili.

Lavarsi bene i denti contribuisce ad allontanare l'Alzheimer

2019-06-05T13:13:00.001+02:00

Non solo si evitano buchi nei tuoi denti mantenendo una buona igiene orale, ma adesso i ricercatori dell'Università di Bergen hanno scoperto una chiara connessione tra la malattia della gengivite e il morbo di Alzheimer.

I ricercatori hanno stabilito che la malattia gengivale (gengivite) svolge un ruolo decisivo nel determinare se una persona sviluppa l'Alzheimer o meno. "Abbiamo scoperto la prova basata sul DNA che i batteri che causano la gengivite possono passare dalla bocca al cervello,- afferma il ricercatore Piotr Mydel presso il laboratorio di ricerca Broegelmanns, dipartimento di Scienze cliniche dell'Università di Bergen (UiB).I batteri producono una proteina che distrugge le cellule nervose nel cervello, che a sua volta porta alla perdita di memoria e, infine, al morbo di Alzheimer."

Lavati i denti per una memoria migliore

Mydel sottolinea che i batteri non causano solo il morbo di Alzheimer, ma la presenza di questi batteri aumenta il rischio di sviluppare la malattia in modo sostanziale e sono anche implicati in una progressione più rapida della malattia. Tuttavia, la buona notizia è che questo studio dimostra che ci sono alcune cose che puoi fare da te per rallentare l'Alzheimer.

"Lavati i denti e usa il filo interdentale.-aggiunge Mydel- che è importante, se hai stabilito la gengivite e hai il morbo di Alzheimer nella tua famiglia, andare dal tuo dentista regolarmente e lavarti i denti correttamente."

Nuova medicina in fase di sviluppo

I ricercatori hanno precedentemente scoperto che i batteri che causano la gengivite possono spostarsi dalla bocca al cervello dove gli enzimi nocivi che espellono possono distruggere le cellule nervose nel cervello. Ora, per la prima volta, Mydel ha prove del DNA per questo processo da cervelli umani. Mydel e i suoi colleghi hanno esaminato 53 persone con Alzheimer e scoperto l'enzima nel 96% dei casi. Secondo Mydel, questa conoscenza offre ai ricercatori un possibile nuovo approccio per attaccare la malattia di Alzheimer.

"Siamo riusciti a sviluppare un farmaco, ha affermato Piotr Mydel- che blocca gli enzimi nocivi dai batteri, rinviando lo sviluppo dell'Alzheimer. Stiamo pianificando di testare questo farmaco entro la fine dell'anno"

I funghi possono aiutare nella salute cerebrale

2019-03-18T15:47:00.002+01:00

Uno studio della durata di sei anni, condotto dall'assistente professore Lei Feng dell'Università Nazionale di Singapore, ha rilevato che gli anziani che mangiavano più di 300 grammi di funghi cucinati alla settimana avevano la metà delle probabilità di avere un lieve deficit cognitivo. Dr. Irwin Cheah (a destra) è un membro del team di ricerca.

I ricercatori dell'università di Singapore

Una squadra del Dipartimento di Medicina Psicologica e Dipartimento di Biochimica della Yong Loo Lin School of Medicine dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) ha scoperto che gli anziani che consumano più di due porzioni standard di funghi settimanali possono avere il 50% di probabilità ridotte di avere, lieve deterioramento cognitivo (MCI). Una porzione era definita come tre quarti di una tazza di funghi cotti con un peso medio di circa 150 grammi. Due porzioni equivalgono a circa mezzo piatto. Mentre le dimensioni delle porzioni fungono da linea guida, è stato dimostrato che anche una piccola porzione di funghi alla settimana può ancora essere utile per ridurre le probabilità di MCI. "Questa correlazione è sorprendente e incoraggiante: sembra che un singolo ingrediente, - ha detto il professor Lei Feng, del Dipartimento di Medicina Psicologica del NUS- comunemente disponibile possa avere un effetto drammatico sul declino cognitivo" . Lo studio di sei anni, condotto dal 2011 al 2017, ha raccolto dati da oltre 600 anziani cinesi di età superiore ai 60 anni residenti a Singapore. La ricerca è stata condotta con il sostegno del Life Sciences Institute e del Mind Science Center del NUS, nonché del National Medical Research Council del Ministero della Salute di Singapore.

Determinazione di MCI negli anziani

L'MCI è generalmente vista come lo stadio tra il declino cognitivo dell'invecchiamento normale e il più grave declino della demenza. Gli anziani affetti da MCI spesso mostrano una qualche forma di perdita di memoria o dimenticanza e possono anche mostrare deficit su altre funzioni cognitive come la lingua, l'attenzione e le abilità visuospaziali. Tuttavia, i cambiamenti possono essere impercettibili, poiché non presentano deficit cognitivi invalidanti che influenzano le attività della vita quotidiana, che è caratteristica dell'Alzheimer e di altre forme di demenza senile. “Le persone con MCI sono ancora in grado di svolgere le loro normali attività quotidiane. Quindi, ciò che abbiamo dovuto determinare in questo studio è se questi anziani hanno prestazioni più scarse nei test standard neuropsicologici rispetto ad altre persone della stessa età e formazione", ha spiegato il prof. Feng. "I test neuropsicologici sono compiti specificamente progettati che possono misurare vari aspetti delle capacità cognitive di una persona, infatti alcuni dei test che abbiamo utilizzato in questo studio sono adottati dalla batteria di test IQ comunemente usata, la Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS)."

In quanto tali, sono state condotte interviste e test approfonditi con gli anziani per determinare una diagnosi accurata. "L'intervista, -ha dichiarato il prof Feng -prende in considerazione informazioni demografiche, anamnesi, fattori psicologici e abitudini alimentari: un infermiere misurerà la pressione sanguigna, il peso, l'altezza, l'impugnatura e la velocità del cammino e eseguirà anche un semplice test di screening su cognizione, depressione, ansia ".

Dopo questo, è stata eseguita una valutazione neuropsicologica standard di due ore, insieme a un punteggio di demenza. I risultati complessivi di questi test sono stati discussi in profondità con esperti psichiatri coinvolti nello studio per ottenere un consenso diagnostico.

Funghi e deterioramento cognitivo

Sei funghi comunemente consumati a Singapore sono stati citati nello studio. Erano funghi d'oro, ostriche, shiitake e bianchi, oltre a funghi secchi e in scatola. Tuttavia, è probabile che anche altri funghi non citati abbiano effetti benefici. I ricercatori ritengono che la ragione della ridotta prevalenza di MCI nei mangiatori di funghi potrebbe essere dovuta a uno specifico composto presente in quasi tutte le varietà. "Siamo molto interessati a un composto chiamato ergothioneine (ET)", ha affermato il dott. Irwin Cheah, Senior Research Fellow del Dipartimento di Biochimica del NUS. "L'ET è un antiossidante e anti-infiammatorio unico che gli esseri umani non sono in grado di sintetizzare da soli, ma può essere ottenuto da fonti alimentari, tra le quali i principali sono i funghi”. Uno studio precedente condotto dal gruppo sugli anziani di Singapore ha rivelato che i livelli plasmatici di ET nei partecipanti con MCI erano significativamente inferiori rispetto agli individui sani di età corrispondente. Il lavoro ha portato alla convinzione che una carenza di ET potrebbe essere un fattore di rischio per la neurodegenerazione, e l'aumento dell'apporto di ET attraverso il consumo di funghi potrebbe promuovere la salute cognitiva. Altri composti contenuti nei funghi possono anche essere vantaggiosi per ridurre il rischio di declino cognitivo. Alcuni hericenones, erinacines, scabronine e dictyophorines possono promuovere la sintesi dei fattori di crescita del nervo. I composti bioattivi nei funghi possono anche proteggere il cervello dalla neurodegenerazione inibendo la produzione di beta amiloide e tau fosforilata e acetilcolinesterasi.

Prossimi passi

La potenziale fase successiva della ricerca per il team è quella di eseguire uno studio controllato randomizzato con il composto puro di ET e altri ingredienti a base vegetale, come L-teanina e catechine da foglie di tè, per determinare l'efficacia di tali fitonutrienti nel ritardare la cognizione declino. Tali studi interventistici porteranno a conclusioni più solide sulla relazione causale. Inoltre, il prof Feng e il suo team sperano anche di identificare altri fattori dietetici che potrebbero essere associati all'invecchiamento cerebrale sano e al rischio ridotto di condizioni legate all'età in futuro.

Combinazione di farmaci efficaci sul melanoma

2019-03-15T16:48:00.001+01:00

Nei test con cellule tumorali umane, si è scoperto che due farmaci (trametinib e dabrafenib) somministrati insieme, uccidono le cellule molto più efficacemente di quanto entrambi i farmaci facciano da soli.

La combinazione potrebbe aiutare a prevenire che i tumori sviluppino la resistenza ai farmaci. Questa nuova ricerca suggerisce che la combinazione di inibitori della chinasi con farmaci sperimentali noti come ribonucleasi porterebbe a risultati migliori. .

Una classe di farmaci antitumorali chiamati inibitori della proteina chinasi

Proteina-chinasi

è uno dei trattamenti più efficaci per il melanoma. Tuttavia, in molti casi, i tumori diventano resistenti ai farmaci e causano una ricaduta nel paziente.

La nuova ricerca del MIT suggerisce che la combinazione di inibitori della chinasi con farmaci sperimentali noti come ribonucleasi porterebbe a risultati migliori. Nei test con cellule tumorali umane, i ricercatori hanno scoperto che i due farmaci somministrati insieme uccidono le cellule molto più efficacemente di quanto entrambi i farmaci facciano da soli. “La combinazione potrebbe aiutare a prevenire che i tumori sviluppino resistenza ai farmaci, -dice Ronald Raines, professore di chimica di Firmenich al MIT”.

“ Si è scoperto, -dice Raines- che questo farmaco di ribonucleasi

Enzima ribonucleasi

associato in modo favorevole ad altri agenti chemioterapici del cancro, e non solo, ha un senso logico come accoppiamento in termini di biochimica sottostante".

Raines è autore di questa ricerca, assieme a Trish Hoang, un ex studente laureato presso l'Università del Wisconsin - Madison.

Il collegamento inaspettato rinforza l’azione

Le ribonucleasi sono enzimi prodotti da tutte le cellule umane che distruggono le molecole di RNA. Degradano l'RNA cellulare che non è più necessario e aiutano a difendersi dall'RNA virale. Proprio per la capacità delle ribonucleasi di uccidere le cellule danneggiando il proprio RNA, Raines ha lavorato sullo sviluppo di questi enzimi come farmaci antitumorali per circa due decenni.

In laboratorio ha studiato anche la proteina che si è evoluta per aiutare le cellule a difendersi dalle ribonucleasi, enzima che può essere molto distruttiva se non controllata. Questa proteina, chiamata inibitrice della ribonucleasi, si lega alle ribonucleasi con un'emivita di almeno tre mesi: la più forte interazione naturale che lega le proteine, mai registrata. "Ciò significa, -ha affermato Raines- che se la ribonucleasi dovesse invadere le cellule, esiste un sistema difensivo incredibile".

Per creare un farmaco di ribonucleasi per la sperimentazione, si è modificato questo metodo in modo tale che gli inibitori della ribonucleasi non si leghino strettamente - l'emivita dell'interazione è solo di pochi secondi. Una versione di questo farmaco è ora in studio clinico di fase 1, in cui ha stabilizzato la malattia in circa il 20% dei pazienti.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto un collegamento inatteso tra ribonucleasi ed enzimi chiamati proteina - chinasi (gli obiettivi degli inibitori delle proteina - chinasi), che li ha portati a scoprire che i due farmaci possono uccidere le cellule tumorali, molto meglio, se usati insieme rispetto a uno solo .

La scoperta è avvenuta quando Hoang decise di provare a produrre la proteina inibitrice della ribonucleasi

Proteine inibitrice della ribonucleasi

in cellule umane invece che in E.coli, che normalmente il laboratorio di Raines usa per produrre la proteina. Ha scoperto che la versione prodotta dalle cellule umane, sebbene identica nella sequenza di amminoacidi alla proteina prodotta dai batteri, si lega a ribonucleasi 100 volte più forte. Ciò ha aumentato l'emivita dell'interazione da mesi a decenni - una forza legante nelle proteine precedentemente sconosciuta.

Si è dunque ipotizzato che le cellule umane

Le vie di trasmissione dei segnali cellulari

modificassero in qualche modo l'inibitore in un modo che lo rendesse più stretto. In effetti, l'inibitore prodotto da cellule umane aveva gruppi fosfato aggiunti ad esso. Questa "fosforilazione" ha reso l'inibitore legato molto più forte di quanto chiunque avesse precedentemente sospettato.

Si è anche scoperto che la fosforilazione veniva effettuata da proteine-chinasi che fanno parte di una via di segnalazione cellulare chiamata ERK

. Questo percorso, controlla il modo in cui le cellule rispondono ai fattori di crescita, è spesso iperattivo nelle cellule tumorali. Gli inibitori della proteina-chinasi , rispettivamente trametinib e dabrafenib,

Combinazione di trametinib e dabrafenib,

usati per trattare il melanoma, possono bloccare la via ERK.

"Questo è stato un incrocio fortuito di due diverse strategie, - dice Raines- perché si è pensato che se potessimo usare questi farmaci per frenare la fosforilazione dell'inibitore della ribonucleasi, allora potremmo rendere le ribonucleasi più potenti nell'uccidere le cellule tumorali".

Combattere la resistenza delle cellule tumorali

Test su cellule di melanoma umano hanno supportato questa idea. La combinazione di un inibitore della chinasi più una ribonucleasi era molto più letale per le cellule tumorali e i farmaci erano efficaci a concentrazioni più basse. L'inibitore della chinasi ha impedito all'inibitore di ribonucleasi di essere fosforilato, rendendolo più debole e consentendo alla ribonucleasi più libertà di svolgere la sua funzione e distruggere l'RNA.

Se lo stesso vale per i pazienti umani, l’approccio ,- afferma Raines- potrebbe portare a effetti collaterali ridotti e una minore probabilità che le cellule tumorali diventino resistenti ai farmaci. Ora si spera di testare questa combinazione di farmaci nei topi, come ulteriore passo, verso test della combinazione, in studi clinici.

"Speriamo di poter esplorare le relazioni,- afferma Raines- con alcune delle molte aziende farmaceutiche che sviluppano inibitori del pathway ERK, per collaborare e utilizzare il nostro farmaco di ribonucleasi in concerto con gli inibitori della chinasi".

Sono stati anche progettati topi che non producono ribonucleasi, da utilizzare per studiare ulteriormente le funzioni biologiche di questi enzimi.

La ribonucleasi

La Ribonucleasi A è l'enzima che degrada l'RNA durante la digestione. Dato che è una proteina relativamente piccola, stabile e facilmente purificabile, la ribonucleasi è stata uno degli enzimi più studiati nella ricerca biochimica. E' stata usata da Christian Anfinsen per dimostrare che la sequenza di amminoacidi è in grado di determinare la struttura tridimensionale di una proteina. E' stata usata da Stanford Moore e William Stein per dimostrare che il sito attivo degli enzimi è costituito da un particolare assetto tridimensionale di amminoacidi. La ribonucleasi A è stato anche il primo enzima sintetizzato da R. Bruce Merrifield col suo innovativo metodo di sintesi in fase solida che gli ha permesso di dimostrare che anche gli enzimi possono essere sintetizzati artificialmente.

Questi ricercatori hanno chiarito concetti fondamentali di biochimica, con l'aiuto della ribonucleasi, e sono stati tutti premiati col Premio Nobel.

Le api mellifere in conflitto con le api native a San Diego

2019-02-22T12:18:00.000+01:00

Le api non native del miele hanno stabilito robuste popolazioni selvagge a San Diego, questo sciame lo illustra

. Le api da miele oggi costituiscono il 75 percento degli impollinatori osservati a San Diego, considerato un hotspot globale della biodiversità.

Se si passeggia tra gli habitat naturali della contea di San Diego, è chiaro che le api mellifere, estranee all'area, sono ovunque. In uno studio dell'anno scorso, i ricercatori dell'Università della California di San Diego hanno scoperto che le api mellifere sono gli impollinatori più diffusi e abbondanti di piante selvatiche del mondo, con la regione di San Diego che ha una visita eccezionalmente alta sulle piante native - all'incirca tre quarti di tutti gli impollinatori osservati.

Una nuova ricerca ha scoperto che le api mellifere concentrano il loro foraggiamento sulle specie di piante autoctone più abbondantemente fiorenti, dove spesso rappresentano oltre il 90 per cento degli impollinatori osservati visitando fiori.

Il nuovo studio è stato condotto da Keng-Lou James Hung, Jennifer Kingston, Adrienne Lee, David Holway e Joshua Kohn della Divisione di UC San Diego di Scienze Biologiche .

"Avere una specie non autoctona,- ha detto Kohn, professore nella sezione di ecologia, comportamento ed evoluzione- che interpreta la parte del leone sul polline e nettare in un ecosistema diversificato come il nostro è stupefacente. Pensa se avessimo una pianta invasiva che copriva il 75% dell'area terrestre della regione - è simile a quel livello".

Il monopolio delle api mellifere sulle specie vegetali più abbondantemente in fiore,- hanno detto i ricercatori- può influenzare fortemente l'ecologia e l'evoluzione delle specie che sono fondamentali per la stabilità delle interazioni pianta-impollinatore della regione.

"È abbastanza preoccupante che una specie non indigena,-ha detto Hung, ex studente di Holway e Kohn -ricercatore post-dottorato presso la Ohio State University- raggiunga un predominio numerico complessivo del 75% - per di più, ora dimostriamo che il loro dominio numerico è ancora più alto nelle specie vegetali che forniscono la maggior quantità di polline e nettare. Questa scoperta suggerisce che le api mellifere stanno rimuovendo in modo sproporzionato le risorse dalle specie vegetali che probabilmente supportano la maggiore diversità e abbondanza di specie di impollinatori nativi".

Come prospettiva ecologica, la nuova valutazione potrebbe aiutare l'habitat e la gestione della fauna selvatica a valutare i servizi d’ impollinazione e la conservazione degli impollinatori nativi nelle aree naturali in cui sono state stabilite le api non native.

"Lo studio è un primo passo, -ha detto Hung- per capire quali specie di piante e impollinatori possono essere più sensibili alle interferenze delle api mellifere. E’ anche un grande esempio dell'importanza di comprendere la storia naturale di una specie non indigena quando tentiamo di valutare i suoi impatti ecologici - sia positivi che negativi".

Originarie dell'Europa, del Medio Oriente e dell'Africa, le api da miele furono introdotte nel Nord America nel 1600. Si diffusero in California dopo la corsa all'oro dello stato a metà del 1800. A San Diego, la grande maggioranza delle api da miele che si nutrono nei sistemi naturali sono sia selvaggi che africani (un ibrido aggressivo dell'ape occidentale del miele).

Dietro l'abilità delle api mellifere di indirizzare preferenzialmente le specie vegetali più gratificanti è il fatto che impiegano la comunicazione sociale per "diffondere la parola" quando i fiori ricchi di polline e di nettare sono disponibili in abbondanza. La maggior parte degli insetti impollinatori originari dell'area sono solitari e quindi non in grado di comunicare.

"Le api da miele sono pensate,- ha affermato Kohn- per avere la comunicazione più sofisticata di tutti gli invertebrati e possono comunicare la distanza e la direzione di una fonte di cibo di alta qualità. I bombi nativi sono anche sociali e si pensa che comunichino che c'è una risorsa floreale utile e di che odore, ma non possono comunicare la distanza e la direzione come invece le api mellifere possono".

I bombi nativi costituivano solo lo 0,2 per cento dei visitatori di insetti ai fiori, forse a causa della competizione con le api da miele. I risultati evidenziano l'importanza di considerare il comportamento di foraggiamento unico dell'ape mellifera quando si valuta il suo impatto ecologico sulle specie native.

La contea di San Diego è considerata un punto di riferimento della biodiversità globale in cui i ricercatori hanno documentato oltre 600 specie di api native, numerose altre specie di insetti impollinatori e più specie vegetali di qualsiasi altra contea negli Stati Uniti.

Per i ricercatori, l'elevata biodiversità, unita al fatto che molte specie di piante e impollinatori nella regione sono minacciate dalla perdita di habitat e dai cambiamenti climatici, significa che qualsiasi impatto ecologico delle api mellifere sulle specie native potrebbe essere particolarmente conseguente.

"Non c'è dubbio che le api mellifere svolgono oggi un ruolo importante nell'impollinazione delle piante native qui a San Diego, -ha detto Hung -, ma dobbiamo anche considerare come le api potrebbero incidere sugli impollinatori nativi, competendo con loro per risorse alimentari limitate."

Inoltre gli impollinatori di api non-miele sono noti per aumentare il successo di impollinazione di molte piante in California e altrove, anche quando gli alveari vengono trasportati nei campi dal camion. Quindi il mantenimento di popolazioni sane d’insetti nativi è un aspetto importante della produzione alimentare stabile.

Oltre ai possibili effetti negativi delle api mellifere sugli insetti impollinatori nativi, le api mellifere possono influenzare negativamente anche le piante autoctone. Studi su altri sistemi hanno dimostrato che troppe visite di impollinatori relativamente grandi e super abbondanti come le api possono ostacolare la riproduzione delle piante a causa dei danni causati ai fiori. Inoltre, è noto che le api da miele visitino più fiori su una pianta prima di passare alla pianta successiva rispetto agli impollinatori nativi. Ciò può aumentare l'autofecondazione, che spesso porta a semi di qualità inferiore a causa degli effetti negativi della consanguineità.

I ricercatori stanno ora indagando su queste e altre possibili ramificazioni della dominanza delle api da miele a San Diego, sebbene il loro vero impatto sia difficile da valutare poiché non ci sono dati di riferimento, disponibili, prima che le api da miele fossero introdotte nell'area.

"In generale, le minacce che le api mellifere possono rappresentare per la biodiversità nativa,- ha detto Kohn, che si è interessato per la prima volta al dominio delle api durante le escursioni nelle aree selvagge locali- non sono state esplorate in modo approfondito, ma ora siamo diretti in quella direzione. Non importa quanto lontana dall'agricoltura o dalle aree urbanizzate che ero, se qualcosa stesse fiorendo pesantemente, era solo brulicante di api da miele, pensavo fosse strano che qui ci fossero così tante api".

Piante intelligenti ci libereranno di muffe e radon in appartamento e produrranno luce

2019-01-21T14:06:00.001+01:00

Le "piante intelligenti" potrebbero presto rilevare radon e muffe mortali nella nostra casa.

Ispirati a rilevatori di fumo e monitor di casa intelligenti, gli scienziati stanno ingegnerizzando geneticamente piante d'appartamento per percepire sostanze chimiche dannose da muffe e altri tipi di funghi e attirare l'attenzione dei proprietari di case sulla loro presenza. Se riescono a capire come le piante d'appartamento rispondono ad altre minacce, come radon e agenti patogeni nell'aria, i ricercatori potrebbero un giorno progettare "piante intelligenti" per affrontare tutta una serie di problemi.

L'idea è già stata testata in azienda, dal 2012 al 2013, gli scienziati delle piante hanno modificato le piante di tabacco (Nicotiana tabacum ) per produrre quantità eccessive di proteina fluorescente arancione

Nicotiana Starlight

quando hanno incontrato batteri patogeni. Per fare ciò, i ricercatori hanno prima identificato i geni nel genoma della pianta del tabacco che erano suscettibili di reagire alle sostanze chimiche nocive presenti nell'aria, noti come composti organici volatili. Quindi, inserirono "promotori" sintetici nel DNA delle piante per far girare quelle reazioni fino a 10. Quando le piante ingegnerizzate percepirono i batteri, le loro cellule reagirono pompando la proteina fluorescente arancione. Per rilevare il segnale, gli agricoltori hanno semplicemente dovuto indossare occhiali di protezione che filtrano la luce e vedere se le piante si sono illuminate di arancione sotto una luce verde .

Questa tecnologia potrebbe presto trasferirsi all'interno della casa, dicono i ricercatori, dove "muri viventi" di piante geneticamente modificate potrebbero essere installati vicino a prese d'aria, dove un giorno potrebbero avvertire la crescita di muffe tossiche e virus aerodispersi, come l'influenza. Proprio ora, proprio come la pianta del tabacco, dovrebbero essere illuminati per vedere il segnale, in questo caso con la luce ultravioletta. Gli scienziati sperano di scoprire presto le proteine nelle piante d'appartamento che potrebbero produrre un segnale visibile all'occhio umano nudo.

Ma prima che possano farlo, gli scienziati dovranno analizzare il DNA di diverse specie di piante d'appartamento per capire quali tipi di reazioni possono essere manipolate e quali tipi di segnali possono essere fatti. Questo perché, a differenza delle colture e di molte piante da fiore diffuse, si sa poco dei geni delle piante d'appartamento. Una volta che i ricercatori si concentrano sui geni che possono manipolare, però, stai alla ricerca della tua nuova "casa di controllo" tutta la luce.

Attualmente esistono circa una trentina di sistemi biologici che emettono luce naturalmente, sopravvissuti a strozzature evolutive. Tra le varie specie ritroviamo principalmente batteri, dinoflagellati, funghi e insetti. I responsabili di queste emissioni sono gli enzimi del gruppo delle luciferasi, che catalizzano l'ossidazione delle luciferine (pigmenti). Questo gruppo di enzimi raccoglie varie macromolecole presenti in diversi organismi molto distanti tra loro da un punto di vista filogenetico.

I batteri luminosi, tutti gram negativi, sono i più abbondanti e ampiamente diffusi. Si trovano come specie a vita libera nel mare, come saprofiti o simbionti sui pesci e sui calamari, e in diverse altre nicchie ecologiche. La maggior parte di questi batteri appartiene a tre generi: Vibrio, Photobacterium, e Xenorhabdus.

Il sistema enzimatico per l'emissione di luce batterica è codificato dall'operone lux che è altamente conservato nelle varie specie di batteri luminosi. I substrati utilizzati nella reazione sono per larga parte rappresentati dalla flavina mononucleotide e da aldeidi a lunga catena.

L'espressione delle varie luciferasi in impianti derivati dall'applicazione esogena di luciferine (spesso tossiche) in tessuti vegetali vivi ha dato risultati insoddisfacenti: emissioni di luce deboli e solo temporanee.

Un team di ricercatori statunitense guidato da Alex Krichevsky ha intrapreso una ricerca volta a dimostrare la possibilità di effettuare un impianto transplastomico per produrre sia luciferasi che luciferine. Tra i vari apparati bioluminescenti

Pianta resa bioluminescente

evoluti e indipendenti, il sistema di emissione batterica è quello più adatto allo scopo, vista l'origine evolutiva dei cloroplasti: l'endosimbiosi cianobatterica.

Questa affinità evolutiva è alla base della capacità delle piante di produrre riboflavina, dalla quale si genera flavina mononucleotide. Nelle piante, come nei batteri, la biosintesi degli acidi grassi è supportata dallo stesso tipo di acido grasso sintasi (FAS II).

Tuttavia, se da un lato i cloroplasti vegetali condividono origini evolutive con i procarioti, questi organelli non sono batteri, ed esistono differenze biologiche fondamentali che riguardano ad esempio la complessità della regolazione della trascrizione e altre caratteristiche.

È quindi sorprendente come le piante superiori siano in grado di riprodurre funzionalmente e in modo completo un complesso percorso enzimatico derivato da un organismo marino anche se evolutivamente correlato al mondo vegetale.

In questa ricerca, risalente al 2010, dalla quale è nata l'ambiziosa startup BioGlow, sono state create piante transplastomiche capaci di riprodurre correttamente un percorso di luciferasi batterica, che permette l'emissione di luce visibile a occhio nudo.

I ricercatori hanno generato due linee indipendenti di piante di Nicotiana tabacum transplastomiche,

Tabacco transgenico

inserendo con accurate metodologie di laboratorio (microbombardamenti) l'operone lux batterico isolato da Photobacterium leiognathi.Una volta apparsi i germogli sono stati identificati quelli modificati con la tecnica PCR. Nessuna delle linee dell'impianto transplastomico ha mostrato cambiamenti fenotipici nello sviluppo o nella morfogenesi. Le piante di entrambe le linee mostrano bioluminescenza.

La sostanziale affinità nei meccanismi di espressione di tutti i vegetali rende, in linea teorica, questo metodo applicabile a tutte le specie.

L'autoluminescenza delle piante può essere ulteriormente aumentata con l'utilizzo di diversi promotori che vanno a modificare i livelli di luciferasi. Sono anche possibili modificazioni del colore della luce e creazione di bagliore in specifici organi usando fattori di trascrizione tessuto-specifici. Questa ricerca migliora la comprensione dei processi di espressione complessi delle piante e si rivela interessante soprattutto in floricoltura, vista l'ereditarietà materna del DNA dei plastidi nella maggior parte delle piante da fiore.

Potremmo, un giorno, illuminare le nostre case usando piante autoluminescenti?

I sensori ingeribili: un aiuto per l'intestino e non solo

2019-01-07T15:13:00.000+01:00

I sensori ingeribili

sono potenzialmente un potente strumento per monitorare la salute umana. Ad esempio, possono fornire letture del pH e della pressione o monitorare i farmaci, ma anche informazioni chiave sulla composizione chimica dell'intestino. Ancora non sono disponibili. In una prova pilota umana, una capsula elettronica ingeribile è stata in grado di rilevare l'ossigeno, l'idrogeno e il biossido di carbonio. La capsula utilizza una combinazione di sensori di conduttività termica e di semiconduttori e la loro selettività e sensibilità ai diversi gas è controllata regolando gli elementi riscaldanti dei sensori. I profili gassosi dei soggetti sono stati ottenuti modulando le attività fermentative microbiche intestinali alterando il loro apporto di fibre alimentari. L'imaging ecografico ha confermato che il profilo di concentrazione equivalente all'ossigeno potrebbe essere utilizzato come marker accurato per la posizione della capsula. Le variazioni di assunzione di fibre sono associate a diversi tempi di transito intestinale e del colon, e alla fermentazione dell'intestino. I modelli di fermentazione regionali potrebbero essere definiti mediante profili di gas idrogeno. La nostra capsula di gas diventerebbe uno strumento accurato e sicuro per monitorare gli effetti della dieta degli individui e ha il potenziale di utilizzazione come strumento diagnostico per l'intestino.

Sensore ingeribile

Lo sviluppo di sensori ingeribili offre importanti opportunità nella diagnostica medica e nel monitoraggio del corpo umano. Contrariamente ai sensori indossabili, per lo più limitati al contatto con la pelle, i sensori ingeribili possono essere immersi nell'intestino, un ambiente in cui le concentrazioni di sostanze chimiche scambiate dal nostro corpo sono alte. Tuttavia, il campo dei sensori ingeribili rimane un'area della tecnologia relativamente sottosviluppata, sebbene i progressi in elettronica e sensori ora forniscano una base per la creazione di sensori chimici che sono anche ingestibili ma che debbono essere affidabili, sicuri, economici e durevoli. I sensori commerciali ingeribili sono oggi limitati principalmente a profilatori di pH e pressione, strumenti di monitoraggio dei farmaci e monitoraggio della tomografia a coerenza ottica esofagea, utilizzando capsule fissate in serie. Per sviluppare potenti capsule ingeribili in grado di rilevare i componenti chimici dell'intestino, un primo passo è identificare i giusti analiti target dell'intestino, dal momento che determinati costituenti di gas sono stati identificati come biomarcatori efficienti che contengono una grande quantità di informazioni sulla salute dei nostri corpi.

I principali gas intestinali sono l'idrogeno, l'anidride carbonica, l'azoto e l'ossigeno (e anche il metano in alcune persone), così come diverse specie di gas odorifere e di vapore. Questi gas provengono in parte dall'aria ingerita, sebbene le loro fonti più significative siano le conversioni chimiche endogene, le perturbazioni enzimatiche e, soprattutto, l'attività metabolica del microbiota intestinale sulla loro interazione con il contenuto di cibo non assorbito.

I gas dell'intestino sono significativi nella comprensione della patogenesi dei disturbi dell'intestino e nella diagnostica. La produzione di gas da fermentazione batterica può indurre sintomi addominali attraverso la distensione luminale in pazienti con sindrome dell'intestino irritabile (IBS) e ipersensibilità viscerale. Anche il malassorbimento di carboidrati e la proliferazione batterica dell'intestino tenue (SIBO) sono spesso diagnosticati con misurazioni di H2. È stato anche dimostrato che questi gas sono modulati efficacemente dalla dieta. Poiché la dieta può modulare rapidamente e in modo riproducibile il microbioma dell'intestino, anche i profili intestinali del gas dovrebbero essere alterati alla stessa velocità e ripetibilità. Misurando con precisione i gas gastrointestinali si fornirebbe una visione unica della funzionalità del microbiota e potrebbe consentire lo sviluppo di nuove procedure diagnostiche, terapeutiche e di monitoraggio. L'assunzione di cibo è fortemente legata alla produzione di gas e un accurato dispositivo di rilevamento del gas potrebbe aiutare nella progettazione di alimenti funzionali, portando a una migliore salute del colon e alla comprensione del cibo nei nostri corpi.

Varietà di metodiprecedentemente usati per misurare e valutare i gas dell'intestino: l'analisi flatus, l'inserimento del tubo, la calorimetria del corpo intero, l'incubazione in vitro di campioni fecali e test respiratori, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi e svantaggi. P

ossono essere molto invasivi (inserimento del tubo), scomodi (analisi flatulenta, inserimento del tubo, calorimetria del corpo intero) e finora, a parte l'inserimento del tubo, sembrano non affidabili. I più comuni sono i test respiratori che, pur fornendo informazioni preziose, soffrono di difficoltà interpretative principalmente associate alla mancata conoscenza dell'origine regionale della produzione di gas e anche dal bassissimo rapporto segnale / rumore dell'output (i gas vengono misurati solo in parti-per-milione di concentrazioni).