Moscerini della frutta inviati nello spazio per studiarne il cuore

Avete presente quei piccoli moscerini che circolano in casa, particolarmente attratti dalla frutta, che tutti abbiamo cercato di eliminare provando ad intrappolarli tra le mani, senza successo?

Ebbene, quei piccoli insetti, definiti appunti moscerini della frutta, o per gli addetti ai lavori Drosophila Melanogaster, se pur fastidiosi, rappresentano una miniera di informazioni preziose per la ricerca scientifica.

Essi hanno infatti un patrimonio genetico molto simile a quello dell’uomo, condivivendo con esso circa il 75% dei geni che causano malattie. I moscerini della frutta hanno permesso in passato di determinare alcune delle cause fondamentali di numerose patologie, come ad esempio il cancro al collo dell’utero causato dal Papilloma virus, di cui abbiamo parlato in un articolo precedente o disfunzioni cardiache, come aritmie e cardiomiopatie, che possono portare a insufficienza cardiaca e morte negli esseri umani.
In quest’ultimo caso i moscerini della frutta sono stati scelti come modello di ricerca non solo per il loro corredo genetico ma anche per la similitudine con il ritmo del battito cardiaco degli esseri umani e i percorsi molecolari e le funzioni cellulari in comune con l’uomo.

Recentemente, questi piccoli insetti sono stati protagonisti di una vera e propria impresa spaziale. Il Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute di San Diego ha, infatti, inviato nello spazio quasi 2.000 moscerini della frutta, attraverso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per studiare gli effetti dell’assenza di gravità sul cuore; ricerca che potrebbe beneficiare non solo gli astronauti, che viaggeranno oltre l’orbita terrestre, ma anche persone costrette a letto per un tempo prolungato come in caso di malattie.

La navicella spaziale è partita il 1° giugno dal Kennedy Space Center della NASA per recarsi alla ISS tramite la navicella spaziale SpaceX Dragon ed è tornata sulla Terra il 5 luglio. Sia le uova che i moscerini adulti hanno trascorso un mese in un ambiente con microgravità per studiarne le conseguenze sul cuore dei viaggiatori e i loro potenziali futuri figli, rivelando effetti a breve e lungo termine.

Il team coinvolto, guidato dalla dottoressa Karen Ocorr, prevede di eseguire una serie di test su ogni singolo moscerino della frutta, per esaminare la funzionalità cardiaca degli insetti e l’espressione genica in determinate condizioni. “Una volta che capiamo questi cambiamenti molecolari” ha affermato la dottoressa Ocorr “possiamo lavorare sulla creazione di interventi che potrebbero aiutare a proteggere il cuore nello spazio, e sviluppare trattamenti per i disturbi cardiovascolari negli esseri umani sulla Terra.”

Dott.sa Karen Ocorr, leader del progetto finanziato dalla Nasa per l’invio di moscerini della frutta nello spazio. Video Credit: Kristen Cusato

L’indagine mette a confronto i moscerini che sono nati nello spazio con quelli presenti in laboratorio, oltre a vari gruppi di moscerini della frutta a cui sono stati indotti mutazione genetiche dei canali ionici che causano aritmie simili negli esseri umani, e una mutazione puntiforme della miosina, proteina fondamentale del tessuto muscolare, che causa la cardiomiopatia dilatativa. Questi dati dovrebbero fornire indizi utili a capire quali aspetti della funzione cardiaca sono influenzati da microgravità, se questi effetti sono aggravati da anomalie genetiche pre-esistenti, e se il sesso, maschile o femminile, gioca un ruolo in queste risposte.

Inoltre, sarà di fondamentale importanza determinare per quanto tempo gli effetti della microgravità persistono dopo il ritorno. Per fare questo, verranno studiati gli embrioni di Drosophila nati sulla terra a confronto con le larve nate dalle uova depositate dai moscerini in orbita, dopo il loro ritorno sulla Terra. Quest’ultime saranno valutate a una, tre e cinque settimane di età per determinare se ci sono eventuali effetti residui della microgravità sulla funzione cardiaca, la struttura e l’espressione genica. Rispetto ai roditori, che gli scienziati utilizzano spesso come modelli per la salute umana in esperimenti spaziali, i moscerini della frutta sono più piccoli, più semplici e soggetti ad un processo di maturazione ed invecchiamento molto più veloce, che li rende dei candidati perfetti per avere risposte in tempi relativamente brevi su processi lunghi, che possono durare anche l’intera vita di un organismo.

La missione a cui i fortunati, o sfortunati (a seconda dei punti di vista) moscerini della frutta hanno preso parte permetterà di confermare e aggiungere nuovi dettagli ai risultati ottenuti in passato, secondo cui vivere in assenza di gravità ha un impatto negativo su numerosi sistemi del corpo, tra cui il cardiovascolare, muscolo-scheletrico, neuroendocrino e immunitario. 

Molti di voi avranno quasi certamente sperimentato l’assenza di gravità senza andare nello spazio ma facendo un giro sulle più adrenaliniche montagne russe: in quel secondo in cui il vostro corpo ha lasciato il contatto con sedile avete vissuto il vostro momento di gravità zero.

Sebbene le gite occasionali al parco divertimenti non hanno leso nessuno è importante notare che l’esposizione prolungata all’assenza di gravità è pericolosa per la nostra salute e senza la gravità, il nostro corpo non può funzionare correttamente.

Il corpo umano tende a rilassarsi in uno stato di assenza di gravità, perché non combatte più la trazione gravitazionale, e la quantità di peso che le ossa devono sostenere nello spazio viene ridotta a zero. Questa riduzione di stress sulle ossa sarebbe causa della diminuzione della formazione degli osteoblasti, ossia le cellule principali del tessuto osseo, e ciò potrebbe comportare una perdita ossea progressiva con un aumentato rischio di fratture, condizione comunemente vista nei pazienti confinati ai letti a causa di malattie a lungo termine o di vecchiaia. Quest’ultimo fenomeno porterebbe ad un rilascio di calcio, normalmente immagazzinato nelle ossa, nel flusso sanguigno ed un aumento dei livelli di calcio nel sangue causerebbe a sua volta ad una maggiore incidenza di calcoli renali.

Tutti gli organismi presenti sulla terra hanno sistemi sensoriali e di risposta con cui rispondono agli stimoli interni ed esterni. Oltre ai cinque sensi principali (odore, tatto, vista, gusto, udito) che possiamo possedere, c’è un altro senso, mediato dall’apparato vestibolare, che permette al nostro corpo di sentire i movimenti e di mantenere l’equilibrio. La perdita di gravità influenza negativamente questa percezione spaziale. Le vertigini o la difficoltà a camminare dopo aver girato a lungo su sé stessi, dimostrano chiaramente cosa succede quando perdiamo questo senso anche solo per qualche istante.

La gravità garantisce anche che il sangue del nostro corpo mantenga un ottimo livello di pressione sanguigna, con livelli che si aggirano intorno ai 200 mmHg (millimetri di mercurio) a livello dei piedi quando siamo in una pozione eretta. Nel cervello, tuttavia, la pressione è di soli 60-80 mmHg. Un aumento della pressione sanguigna della testa provoca uno stato di allarme che il corpo percepisce come la presenza di troppo sangue nel circolo sanguigno. In uno scenario di questo tipo i nervi ottici possono gonfiarsi con compromissione della vista e il rischio di ictus con conseguente danno cerebrale diventa elevato. La gravità agisce quindi come una forza importante che aiuta a mantenere la giusta pressione in diversi punti del nostro corpo.

Infine, un articolo scientifico pubblicato su Nature Cell Biology nel 2013, mostra come le cellule eucariotiche siano piccole di diametro (meno di 10 micron) a causa delle forze gravitazionali. Quando la cellula cresce più di questa dimensione, essa viene sottoposta a forze gravitazionali che richiedono impalcature o supporto all’interno dei nuclei cellulari per stabilizzare i componenti interni. Chiaramente la gravità ha giocato un ruolo vitale nell’evoluzione della vita sulla Terra per miliardi di anni. Tuttavia l’umanità è ora pronta a esplorare l’universo oltre il nostro pianeta e la preoccupazione dell’effetto della gravità zero sulla vita umana diventa una certezza. La NASA ha intrapreso una missione alla ricerca di risposte a tale quesiti attraverso il suo progetto sui due astronauti gemelli Mark e Scott Kelly.

Scott ha trascorso un periodo prolungato sulla Stazione Spaziale Internazionale ed è tornato sulla Terra il 2 marzo 2016. Gli scienziati della NASA intendono confrontare i risultati di parametri importanti per il corpo umano con il suo gemello Mark, rimasto sulla terra. Gli effetti a lungo termine richiederanno alcuni anni per essere conosciuti. Ma gli effetti a breve termine sono già noti: l’astronauta Scott Kelly ha riportato la perdita di massa ossea, atrofia muscoli e ispessimento del tessuto cardiaco. Fortunatamente, la maggior parte di questi effetti sono reversibili attraverso la riabilitazione e l’esercizio fisico. Nonostante le difficoltà fisiche e l’aumento del rischio di cancro, a causa di un’estesa esposizione ad elevati livelli di radiazioni, Scott Kelly è orgoglioso di essere parte di questa missione innovativa e felice di contribuire alla scoperta scientifica.

Il giorno in cui capiremo a pieno gli effetti negativi dell’assenza di gravità e i modi per contrastarli avremo costruito con successo la strada per l’umanità ad avventurarsi nello spazio profondo.