A scuola di ibernazione dagli scoiattoli artici

Può avere ricadute in campo medico e per i viaggi spaziali la scoperta del meccanismo che permette agli scoiattoli artici di resistere a periodi di ibernazione straordinariamente lunghi e a temperature bassissime. Il segreto sta nel loro particolare metabolismo dell’azoto, che non viene eliminato come ammoniaca, ma riciclato per formare nuovi amminoacidi e nuove proteine.
Affrontare gli ultimi mesi non è stata un’impresa da poco e qualcuno può aver desiderato di mettere in pausa la propria vita e risvegliarsi in tempi migliori. Niente di eccezionale, per le tante specie di animali che regolarmente diminuiscono le loro attività in inverno per riattivarsi in primavera. Rimangono al caldo nascosti, abbassando la temperatura corporea, per lo più senza muoversi né mangiare, bere o produrre sostanze di scarto.

Questa potrebbe essere una strategia utile per alcune applicazioni cliniche e presentare vantaggi per i viaggi spaziali, ma in condizioni così estreme il nostro corpo si deteriorerebbe in poco tempo. E allora come riescono alcuni animali a resistere per diversi mesi senza subire alcun danno fisiologico al risveglio?

Dopo anni di ricerche, uno studio su scoiattoli artici (Urocitellus parryii) in ibernazione – condotto da ricercatori dell’Università di Fairbanks, in Alaska, e pubblicato su “Nature Metabolism” – ha finalmente svelato il mistero.

Il segreto sta nel riciclare l’azoto, un elemento chimico fondamentale per la vita: è un costituente essenziale degli amminoacidi, le unità strutturali delle proteine. Queste sono le macromolecole principali del nostro corpo, che svolgono molte funzioni, da quella enzimatica a quella di trasporto, dalla protezione contro i patogeni alla contrazione muscolare, solo per citarne alcune. In effetti, il riciclo dell’azoto era già stato proposto come possibile meccanismo determinante per l’ibernazione, ma non erano stati ancora scoperti i processi metabolici coinvolti.

Strategia evolutiva per il risparmio energetico
Alcuni animali, come i roditori e gli orsi, sono in grado di ridurre enormemente il metabolismo del proprio corpo in modo autonomo, risparmiando l’energia in condizioni ambientali estreme e sopravvivendo a periodi sfavorevoli. Così resistono per esempio alla mancanza di cibo, entrando in uno stato, definito “torpore”, che può durare per ore o giorni. Nei casi in cui molti episodi di torpore si susseguono uno dopo l’altro, intervallati solo da brevi pause, si verifica il fenomeno dell’ibernazione (meglio conosciuto come letargo), che può durare anche vari mesi.

Si distinguono due tipi di ibernazione: facoltativa e obbligata, quest’ultima regolata da un orologio endogeno con ritmi circannuali. Per lungo tempo la comunità scientifica internazionale ha cercato, invano, l’ormone responsabile dello stato di torpore.

Solo di recente però, uno studio dell’Università di Tsukuba, in Giappone, e uno dell’Università di Harvard a Boston hanno identificato un insieme di neuroni nell’ipotalamo, chiamati neuroni Q, coinvolti nell’attività di termoregolazione dell’organismo, che funzionano come interruttori di questo stato ipometabolico. È il sistema nervoso, quindi, a rispondere agli stimoli esterni, guidando l’ingresso verso il torpore.

Una maratona del riciclo
Gli scoiattoli artici sono dei veri campioni di ibernazione, una condizione in cui permangono per circa otto mesi l’anno, con piccole differenze tra maschi e femmine. L’attività metabolica diminuisce drasticamente e la temperatura corporea si abbassa anche fin sotto allo zero, intorno ai -2 °C, un record imbattuto nel mondo animale. Rimangono fermi per tutto il periodo, eccetto nei brevi momenti di risveglio di 12-24 ore che intervallano le fasi di torpore, e il battito cardiaco rallenta, così come il ritmo della respirazione, che cala fino a un solo respiro al minuto.

Per comprendere meglio il funzionamento metabolico durante l’ibernazione, i ricercatori hanno analizzato per due anni questi animali in laboratorio, monitorando il flusso di amminoacidi e altre sostanze marcate con isotopi dell’azoto e del carbonio.

“L’Alaska ha 60 anni di esperienza nella ricerca sull’ibernazione, eppure la neurochimica di un cervello che funziona a temperature vicine allo zero è un argomento affascinante, che ancora ci riserva delle sorprese. È stato impressionante scoprire che alcuni processi metabolici continuano, seppur a ritmi rallentati” racconta a “Le Scienze” Kelly Drew, coautrice dello studio e responsabile del laboratorio di biologia dell’ibernazione dell’Università di Fairbanks.

Durante l’ibernazione, infatti, negli scoiattoli artici si osserva una lenta demolizione dei muscoli e un contemporaneo aumento dell’azoto libero. Questo, che deriva dalla normale degradazione degli amminoacidi, non viene incorporato nell’ammoniaca (altamente tossica per l’organismo) e mandato come al solito verso il ciclo dell’urea per l’escrezione, ma viene riutilizzato per costruire nuovi amminoacidi per le proteine dei polmoni, dei reni o dei muscoli scheletrici.

Durante questa fase dell’anno, l’azoto viene usato anche per la produzione di glutatione, un forte antiossidante prodotto dal fegato. È così che questi animali resistono alla perdita di tono muscolare, che sarebbe la conseguenza naturale di una lunga inattività, si difendono dai danni cellulari e prevengono la tossicità da accumulo di ammoniaca. “Il ciclo dell’urea è soppresso – chiarisce la ricercatrice – quindi non vengono prodotti neanche scarti metabolici da espellere.”

I vantaggi dell’ibernazione umana
Se questo meccanismo – un modello di resistenza durante l’inattività estrema o in caso di carenze nutrizionali – fosse replicato con successo nel corpo umano, avrebbe un gran numero di applicazioni pratiche. “Con l’aiuto delle genomica e della proteomica potremmo stimolare i processi anabolici – riprende Drew –– per contrastare la sarcopenìa, cioè la perdita di massa muscolare, per esempio in individui anziani o in caso di malattie gravi.” Anche poter trattare la cachessia sarebbe un risultato molto importante per pazienti con tumore, AIDS o sindrome di Alzheimer in stadio avanzato.

La possibilità di simulare uno stato simile al torpore negli esseri umani è una proposta interessante anche nell’ambito dell’esplorazione spaziale, tanto da aver dato vita a un vero e proprio filone di ricerca. “Ci stiamo avvicinando all’ibernazione umana per i viaggi lontano dalla Terra – conclude l’esperta – ma servono ancora anni per perfezionare l’approccio.”

I vantaggi sarebbero molteplici: in primo luogo, il torpore sintetico difenderebbe i muscoli e le ossa degli astronauti dall’indebolimento tipico dei lunghi periodi di inattività, nonché dall’esposizione alle radiazioni presenti nello spazio; poi, visto che durante il torpore non si ha necessità di alimentarsi, sarebbe considerevolmente ridotta la quantità di cibo da portare a bordo, con un risparmio economico e di carico non indifferente.

Anche il benessere psicologico dei membri dell’equipaggio ne trarrebbe beneficio, perché in uno stato di coscienza ridotta diminuirebbe lo stress di vivere con gli stessi compagni per un lungo periodo in uno spazio limitato, riducendo il rischio della cosiddetta cabin fever (febbre da cabina), associata ad attacchi psicotici e violenti.

Insomma, uno scenario ideale. Rimane “soltanto” da capire come gestire il risveglio in orbita.

 

Fonte: Le Scienze

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