Il futuro dell’alimentazione è la carne artificiale?

Ogni anno vengono macellati a scopo alimentare oltre cento miliardi (avete letto bene) di animali, la maggior parte dei quali è pollame. L’allevamento è una delle attività umane con il maggiore impatto ambientale: oltre metà delle coltivazioni terrestri è infatti destinato produrre foraggi e mangime per gli allevamenti, con enorme pressione verso territori vergini (che vengono convertiti a nuove coltivazioni, con danni ad animali e popolazioni) e danno ambientale diretto (deterioramento del suolo, elevato consumo di acqua…).

Per finire, la richiesta di carne è più che raddoppiata negli ultimi 50 anni, e -complice l’aumento della popolazione umana e il miglioramento delle condizioni di vita umane in molte aree del globo- aumenterà ancora nei prossimi anni.

Immagine grande: fiasche di coltura per la produzione in piccola scala di un hamburger artificiale. (C) New Harvest, http://www.new-harvest.org/ Immagine piccola: rappresentazione artistica della coltivazione in vitro

È dunque evidente che il sistema degli allevamenti potrebbe giungere al collasso. Una risposta sempre più diffusa all’aumentata consapevolezza del problema è l’incremento di persone che sposano diete vegetariane, che resta tuttavia un fenomeno di nicchia e poco influente a livello globale.

Ma se fosse possibile produrre carne…senza animali?

La carne artificiale è ottenuta tramite colture cellulari, in laboratorio. Cellule staminali vengono fatte crescere a formare un tessuto con caratteristiche del tutto simili al tessuto animale. L’idea che fosse poco efficiente allevare un intero animale per usarne solo alcune parti a scopo alimentare era stata evidenziata già da Winston Churchill nel 1931, ma i primi passi avanti nella produzione di carne artificiale si sono avuti alla fine degli anni 90, quando è stato depositato il primo brevetto per la produzione in vitro di tessuti ingegnerizzati. Nel 2013 a Londra ha avuto luogo la prima dimostrazione pubblica, un hamburger è stato cotto e poi assaggiato da un critico, che ha affermato che “il sapore è quello della carne”.

Da allora l’interesse per la carne artificiale è enormemente lievitato, per via delle enormi ricadute etiche ed ambientali che un simile prodotto ha, ma anche per la possibilità di produrre a costi enormemente inferiori. La possibilità di “creare” da cellule ingegnerizzate permette inoltre di stabilire a priori la composizione in termini di nutrienti (proteine, grassi…) per offrire un prodotto del tutto bilanciato con le necessità nutrizionali umane.

La procedura di produzione, sebbene ancora grezza, è semplice: si parte da cellule staminali di muscolo animale e le si fa crescere in una coltura usando un’impalcatura tridimensionale per “guidare” la crescita e la forma della massa cellulare (un compito che nell’organismo è svolto dalla matrice extracellulare). Una volta iniziato il processo, le cellule ingegnerizzate continuano a replicarsi all’infinito, producendo teoricamente 50 mila tonnellate di carne a partire da una singola cellula dopo due mesi di coltivazione.

Vi sono ancora alcune questioni da risolvere: la carne “vera” non è fatta solo da cellule muscolari ma anche da cellule lipidiche, fondamentali per dare alla carne il “gusto” a cui siamo abituati e le qualità organolettiche necessarie ad una cottura tradizionale. Inoltre, ad oggi il liquido in cui le cellule vengono coltivate contiene componenti di origine animale, quindi, finché non saranno trovate soluzioni alternative, anche la produzione di carne artificiale avrebbe comunque una certa dipendenza (sebbene molto inferiore) dall’allevamento.

Voi assaggereste un hamburger coltivato in laboratorio?

Di S. M.

Approfondimenti

Ciclo mestruale in provetta

L’apparato riproduttore femminile è un sistema formato da organi e tessuti quali ovaio, tube di Falloppio, utero e cervice che svolgono funzioni diverse. Tra queste c’è la regolazione degli ormoni sessuali. L’interazione tra tessuti e ormoni è così complessa che nessuno fino ad ora era riuscito a ricreare in vitro (in laboratorio) le stesse condizioni che avvengono in vivo (nell’organismo). Nessuno fino al 2017.

Schema del dispositivo (dall’articolo orginale pubblicato su Nature Communictions, vedi sezione “Fonti”)

I ricercatori dell’università di Chicago e di Cambridge hanno utilizzato la recente tecnica chiamata “organo su chip” per studiare il tratto riproduttivo femminile che consiste in un microsistema fisiologico formato da un chip di silicio in cui vengono inseriti dei microframmenti di tessuti o cellule immerse in un fluido. Sul chip si possono inserire cellule di tessuti diversi che sono collegati tra loro mediante microcanali dotati di sensori che analizzano ciò che li attraversa.

In questo caso sul chip sono stati inseriti tessuti di ovaio di topo e di tube di Falloppio, endometrio (la membrana che riveste l’utero), cervice e fegato di origine umana. Nel corso dell’esperimento, in un mese, sono stati registrati i picchi di estrogeni e progesterone tipici del ciclo mestruale umano.

Ora i biologi sperano di poter ricreare oltre le interazioni ormonali anche quelle che permettono al sistema riproduttivo di sostenere il feto e l’influenza su di esse del sistema immunitario.

Questa tecnologia potrebbe incidere sulla scoperta di nuovi farmaci per trattare i disturbi dell’apparato riproduttore femminile e potrebbe portare allo sviluppo di nuove strategie anticoncezionali.

Di G. M.

Fonti:

Il cervello non ha rughe

Di Erika Salvatori

“Il cervello non ha rughe: se continua a lavorare sodo, si rinnova continuamente, anche dopo gli 80 anni e, a differenza di altri organi, può persino migliorare”: non potremmo usare parole migliori di queste della grande scienziata Rita Levi Montalcini per introdurre il concetto di plasticità sinaptica, la capacità del cervello di modificare la sua struttura e funzionalità a seconda dell’esperienza.

Per molti anni l’apprendimento e la memoria sono stati considerati argomenti di psicologia più che di biologia. In tempi più recenti si è invece scoperto come dietro questi fenomeni si celino complessi meccanismi cellulari e molecolari: quando apprendiamo qualcosa, il nostro cervello subisce un riarrangiamento strutturale e funzionale, più o meno duraturo, che coinvolge le sinapsi, ossia i punti di contatto tra neuroni che servono a propagare gli impulsi nervosi.

Il modello più noto di plasticità sinaptica è quello del “potenziamento a lungo termine” e del suo opposto “depressione a lungo termine”, che si fonda sulla pionieristica ricerca dello psicologo canadese Donald Hebb. Entrambi i meccanismi sono mediati dai recettori per il neurotrasmettitore glutammato, una molecola segnale che viene rilasciata dal neurone pre-sinaptico e provoca una risposta eccitatoria nel neurone post-sinaptico. Quando il glutammato si lega al proprio recettore NMDA, questo si attiva e consente l’ingresso di calcio nel neurone post-sinaptico. Il calcio modula una serie di processi biochimici e molecolari, alcuni dei quali alla base della funzionalità della sinapsi stessa, come la sintesi di neurotrasmettitore o di ulteriori recettori e cambiamenti nella velocità di conduzione degli stimoli nervosi o nella taglia o numero delle cosiddette “spine dendritiche”, piccole protrusioni ricoprenti i dendriti, che si propagano a partire dal corpo del neurone.

Gli stessi recettori e modulatori intervengono in entrambi i processi di potenziamento e depressione: a cambiare è il tipo di stimolazione pre-sinaptica (e dunque la quantità di calcio in ingresso nel neurone post-sinaptico): più precisamente una stimolazione ripetuta ed intensa determina un aumento della funzionalità della sinapsi, mentre una stimolazione a frequenza più bassa ne determina una riduzione.

Il potenziamento a lungo termine è collegato non solo ai processi di apprendimento e memoria, ma anche, in alcune sue manifestazioni anomale, a diverse patologie e alla dipendenza da stupefacenti ed è perciò molto studiato nell’ambito delle neuroscienze.

“Tieni allenato il tuo cervello” è dunque molto più che uno slogan da pubblicità di giornali enigmistici: le esperienze che facciamo, le nozioni che apprendiamo contribuiscono a rinforzare e rimodellare i nostri circuiti cerebrali permettendoci, come la Montalcini ci ha insegnato, di mantenere una sorprendente lucidità anche fino a 100 anni!

 

Per approfondire:

Geni neanderthaliani: un’eredità silente

L’era genomica, iniziata nel 2001 con il completamento del sequenziamento del genoma umano, ha aperto nuove strade alla ricerca sulla storia evolutiva degli organismi. Il campo della genomica da allora ha visto avanzamenti tecnici continui, e nel 2010 si è riusciti ad ottenere una prima “bozza” (poi migliorata) del genoma dell’Homo Neanderthalensis, una specie umana estinta vissuta tra i 200.000 e i 40.000 anni fa. Nel 2010 inoltre si aggiunge un nuovo “parente” al nostro albero evolutivo, con la scoperta dell’Homo di Denisova, vissuto tra i 70.000 e i 40.000 anni fa.

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Ergotismo, funghi allucinogeni e credenze popolari

Ergot (in francese “sperone”) è il nome comune dato al fungo Claviceps purpurea, parassita di circa 400 specie vegetali appartenenti alla famiglia delle graminacee, in particolare della segale. Questo fungo si caratterizza per la formazione di strutture (gli sclerozi) simili a cornetti che conferiscono alla pianta infetta il nome di “segale cornuta“.

Attorno all’anno 1.000 sulle Dolomiti e lungo tutto l’arco alpino si raccoglieva segale per vivere; il grano dell’epoca non riusciva a crescere in quota e quello nero tedesco era il pane quotidiano dei montanari. A quel tempo non si sapeva, ma la segale usata per produrre il pane era spesso contaminata da Claviceps purpurea. Il fungo produce delle sostanze (alcaloidi) psicoattive derivate dall’acido lisergico e strutturalmente omologhe all’LSD; esse vengono sintetizzate dal fungo per evitare che d’inverno gli animali mangino lo sclerozio, una struttura fondamentale per la sopravvivenza del fungo stesso.

Gli alcaloidi assunti in dosi acute causano visioni, delirio e violenti fenomeni psichedelici nei mammiferi; buona parte della letteratura storiografica dell’Alto e Basso Medioevo sulle follie collettive e demoniache di interi villaggi (specie in Francia, Germania ed Olanda ma anche in seguito in America settentrionale) ha la sua causa scientifica in panificazioni operate con farine fortemente contaminate da Claviceps purpurea.

Corpo fruttifero di C. purpurea all’interno di una spiga si segale (Di Rasbak – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=295119)

Invece, se assunti in forma cronica all’interno di farine leggermente inquinate, gli alcaloidi della segale cornuta determinano uno stato di intossicazione, detto ergotismo, caratterizzato da una progressiva degradazione del sistema circolatorio periferico che provoca spasmi dolorosi, crisi convulsive e talvolta anche forme di cancrena. Nel contesto culturale dell’epoca queste manifestazioni erano interpretate come la punizione divina per i peccati commessi.

Ai tempi delle Crociate, le reliquie di Sant’Antonio Abate furono traslate da Costantinopoli a Motte-Saint-Didier (attuale Saint-Antoine-l’Abbaye, vicino a Vienne in Francia); la devozione principale per il santo riguardava la guarigione dal cosiddetto “Fuoco di Sant’Antonio”. Nello sconforto, nel dolore fisico e nel terrore derivato da una malattia inspiegabile, gli abitanti delle montagne si aggrappavano alla Chiesa. I montanari intraprendevano un pellegrinaggio che diveniva una vera e propria epopea di settimane: a piedi o a dorso di mulo giungevano in Francia, lasciando i campi montani ed investendo i pochi risparmi.

Il numero dei malati che ricorrevano al santo taumaturgo era così elevato che si costruirono apposite strutture di accoglienza e venne impegnato l’ordine degli Antoniani per l’assistenza e la cura dei pellegrini. Tuttavia durante i giorni di cammino per giungere a Motte-Saint-Didier, la dieta dei pellegrini cambiava poiché in pianura iniziavano a nutrirsi di pane bianco, non più contaminato dal fungo. Il cambio di dieta continuava per tutti i giorni di permanenza e questo permetteva una graduale detossificazione dell’organismo; così i sintomi recedevano, le cancrene guarivano ed i dolori sparivano. Il Santo aveva compiuto il miracolo! In più, il potere taumaturgico della visita alla basilica ed alle reliquie di Sant’Antonio era rinforzato dalla conseguenza del ritorno ai pascoli in quota: la dieta era di nuovo ricca di pane nero contaminato e la malattia si manifestava ancora. La lontananza dalla Retta Via e la ricaduta nel peccato tornavano ad essere divinamente punite!

Così l’ergotismo prese il nome di “Fuoco di Sant’Antonio” e la Basilica del Santo deve buona parte della sua fama ad un fungo, ad un cereale ed alla scarsa conoscenza della loro relazione.

N.B.: Oggi con il nome “Fuoco di S. Antonio” si intende la riattivazione del virus della varicella (HZV) che colpisce un nervo e si manifesta con fenomeni cutanei localizzati lungo il decorso del nervo stesso. Compaiono gruppi di vescicole, simili a quelle della varicella, accompagnate da dolore vivo e alterata sensibilità.

Di A.A.

Approfondimenti:

Alla ricerca dell’arenicola marina

Arenicola marina By Auguste Le Roux – Own work, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4258815

Di A.A.

I Paesi europei affacciati sull’Oceano Atlantico sono soggetti a grandi fenomeni di alta e bassa marea: luoghi con notevole ampiezza di marea (da 13 a 16 m) sono la regione della Normandia, in Francia, ed il sud della Gran Bretagna.

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Celiachia: e se fosse colpa di un virus?

La mucosa intestinale è perennemente in contatto con il cibo che viene ingerito e con batteri potenzialmente patogeni che vengono con esso introdotti: il sistema immunitario distingue tra quelle che sono semplicemente molecole nutrienti (proteine, lipidi, ecc.) e quelle che invece sono proteine appartenenti a virus o batteri, permettendo l’assorbimento e l’ingresso solo alle sostanze non pericolose.

La celiachia è una patologia che coinvolge il sistema immunitario nella quale l’organismo riconosce alcune di queste proteine che vengono introdotte con l’alimentazione come “nemiche”, attivando una risposta immunitaria, come se il corpo fosse di fronte ad un’infezione di un qualche patogeno.
Responsabile di questa reazione è il glutine, una miscela di proteine particolarmente ingombranti presenti in frumento, orzo, segale e farro. Tra le proteine che compongono il glutine, in particolare, una proteina (la gliadina) contiene una sequenza di amminoacidi che viene metabolizzata con difficoltà dall’organismo e arriva quasi integra nel tratto intestinale (normalmente le proteine sono ridotte a piccole catene già a livello dello stomaco e poi digerite dagli enzimi secreti dal pancreas), dove in soggetti celiaci può scatenare la reazione.

È stato osservato per lo sviluppo della celiachia è necessario essere portatori di varianti geniche di due geni attivi nei leucociti, ma in Europa questa variante è presente in oltre il 30% della popolazione, mentre la celiachia colpisce circa l’1% della popolazione. Deve quindi esistere un altro fattore che determina l’insorgenza della patologia.

Un articolo molto recente (che richiederà sicuramente approfondimenti e ulteriori verifiche) identifica un nuovo attore in questo processo: un virus. Sembra infatti che l’infezione di virus del genere reovirus (un virus intestinale che viene normalmente eliminato senza particolari problemi) possano confondere il sistema immunitario qualora durante l’infezione sia assunto glutine, inducendo l’organismo a sviluppare una risposta immunitaria alla presenza del glutine. Terminata l’infezione, il glutine resterebbe ormai “schedato” come antigene nemico nella memoria del sistema immunitario.

Questa scoperta, che richiederà senza dubbio approfondimenti, apre la strada a trattamenti preventivi per evitare l’insorgenza della celiachia.

Di S. M.

Approfondimenti:

Parassiti e controllo mentale: il caso delle formiche zombie

Il fungo Ophiocordiceps unilateralis è noto anche come “fungo delle formiche zombie”. E’ un parassita di una specie di formica del genere Camponotus e si riproduce manipolando il comportamento del suo ospite. Le sue spore cadono sul dorso di una formica, penetrano nel suo corpo e a poco a poco iniziano a colonizzarlo e a nutrirsi dei suoi tessuti molli, fino a secernere sostanze chimiche che raggiungono direttamente il cervello. La formica smette dunque di eseguire i suoi normali compiti e si trasforma in uno “zombie” al servizio del parassita: costretta dapprima ad ancorarsi con le mandibole alla foglia più vicina, luogo ideale per la crescita del fungo, viene dunque uccisa e divorata. Un lungo gambo, ossia il corpo fruttifero del fungo da cui vengono rilasciate le spore, erompe quindi dal retro della testa della formica, come potete vedere nel seguente video.

Se questo vi sembra inquietante o fantascientifico, sappiate che il “controllo mentale” è in realtà una strategia comune a numerosi parassiti. Un altro esempio è quello del Leucochloridum paradoxum, un verme piatto che costringe il suo ospite intermedio, una lumaca, a gonfiare ed agitare le antenne così da risultare più visibile agli uccelli e permettergli di infestare un organismo più grande. Qui potete trovare altri incredibili esempi.

I meccanismi non sono ancora chiari, ma probabilmente quello che in termini tecnici viene chiamato “controllo mentale parassitico” è il risultato della produzione, da parte del parassita, di sostanze chimiche che mimano i neurotrasmettitori e ormoni dell’ospite, il quale li riconosce come propri e ne esegue dunque i “comandi”, spesso puramente autolesionisti. Millenni di co-evoluzione sono serviti perché questi parassiti imparassero a piegare i loro sfortunati ospiti ai propri fini: quanto tempo servirà agli scienziati per comprendere i loro segreti?

Erika Salvatori

Qui Per maggiori informazioni sul fungo Ophiocordiceps unilateralis.

Ricostruire cervelli perduti

Spesso neuroscienziati e non si sono chiesti se i cervelli delle figure scientifiche e intellettuali di spicco della storia umana avessero qualcosa di particolare, qualcosa di diverso dalla media. Alcuni controversi studi ad esempio sono stati fatti sul cervello di Albert Einstein, i cui resti sono conservati al National Museum of Health and Medicine, vicino a Washington, D.C.

Ricostruzione del cervello di Cartesio (Copyright C. Philippe et al. Journal of the Neurological Sciences 378, (15 July 2017) © Elsevier B.V)

In uno studio pubblicato nel Journal of the Neurological Sciences, un gruppo di scienziati francesi si è spinto oltre tentando di studiare il cervello di René Descartes (meglio noto italiano col nome di Cartesio). Come si può mai studiare un cervello che è decomposto da oltre tre secoli e mezzo? Il team ha utilizzato il cranio di Cartesio, attualmente conservato al Musée de l’Homme a Parigi, sottoponendolo a scansioni tramite TAC.

L’elemento fondamentale è la parte interna del neurocranio (in inglese “endocast”), quella che viene a contatto con le meningi, le membrane che proteggono il cervello. Grazie alle scansioni e alle misurazioni morfometriche dell’interno del neurocranio, è stato possibile riprodurre un’immagine tridimensionale del cervello. Chiaramente i dati hanno permesso di riprodurre solo la parte superficiale e non le strutture all’interno, cioè quelle sotto la corteccia. Ciononostante il modello riproduce i vasi sanguigni, le circonvoluzioni e i solchi della corteccia, fornendo dati parziali ma comunque utili.

I risultati ottenuti non sono sconcertanti: la corteccia di Cartesio sembra essere nella media, sia per quanto riguarda la morfologia di solchi e circonvoluzioni, sia per dimensioni e simmetrie/asimmetrie delle aree corticali. Solo una misurazione sembra essere sopra la media: i lobi frontali del modello 3D sono significativamente più espansi della media. Questo risultato non può essere interpretato come esplicativo dell’intelligenza di Cartesio, date le molte limitazioni di questa tecnica, ma è comunque un dato da tenere in considerazione per futuri studi.

Con i continui miglioramenti delle tecniche di misurazione e delle teorie esplicative, in futuro potrebbe essere sempre più facile e sicuro ottenere dati neurologici da scansioni del neurocranio di individui morti ormai da secoli.

Simone Gastaldon

Riferimenti:

La fauna saproxilica e la sua importanza ecologica

Le foreste sono ecosistemi molto complessi, i più complessi presenti sulla terraferma. La loro componente fondamentale è la flora arborea, che ne costituisce la gran parte della biomassa e sostiene una grande varietà di fauna durante tutto il suo ciclo vitale. Gli alberi (vivi, senescenti o morti), le loro foglie, i loro frutti e i loro semi forniscono sostentamento e ambienti per moltissime specie di funghi e di animali, che a loro volta nutrono molte altre specie animali, tra cui anche uccelli, mammiferi e rettili. Ma la componente di questa fauna più importante da un punto di vista ecologico è quella che vive a spese del legno morto o marcescente, che è chiamata fauna saproxilica. Ma perché è così importante?

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