Tutta la vita sulla Terra si è evoluta per far fronte a un pianeta in rotazione che si traduce in una transizione prevedibile tra giorno e notte. I dettagli differiscono tra piante, funghi, batteri e animali, ma la caratteristica coerente è un "orologio" biologico che consente all'organismo di anticipare il cambiamento e prepararsi.
Negli animali, l'orologio centrale che tiene traccia della notte e del giorno si trova nel cervello dove riceve luce dalla retina per rimanere sincronizzato con la luce o l'oscurità. Ma tutte le cellule del corpo hanno i loro orologi. Poiché questi orologi biologici hanno un ciclo vicino alle 24 ore, vengono definiti circadiani ("circa" che significa "su" e dian, che significa giorno, dal latino "muore").
Viviamo ora con luce a buon mercato, luminosa e artificiale, lavoro a turni, privazione del sonno e jet-lag - tutte le principali sfide agli antichi meccanismi di controllo circadiano nei nostri corpi. Tutte queste sfide circadiane e del sonno lo sono associato a malattia. Ma nel nostro ultimo studio, usando i topi, abbiamo scoperto che le infezioni in diversi momenti della giornata causano una diversa gravità della malattia.
Sorprendentemente, abbiamo scoperto che il ticchettio dell'orologio nelle cellule del sistema immunitario era responsabile del cambiamento in risposta all'infezione batterica. In particolare, cellule specializzate chiamate macrofagi, che sono grandi cellule che inghiottono e uccidono i batteri.
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L'impressione di un artista di un macrofago (blu) che inghiotte i batteri della tubercolosi (rosso). Kateryna Kon / Shutterstock
I macrofagi, che crescono in un piatto o in un topo, hanno risposto in modo diverso in diversi momenti della giornata. E la disabilitazione dell'orologio in queste cellule ha provocato super macrofagi, che si sono mossi più velocemente e hanno mangiato più batteri rispetto ai macrofagi normali.
Abbiamo scoperto che i macrofagi "senza orologio" proteggevano i topi dall'infezione batterica con molti tipi di batteri. Uno sguardo più attento ai macrofagi ha rivelato che le cellule avevano un aspetto diverso, con un cambiamento sostanziale nelle proteine strutturali che mantengono la forma cellulare e sono necessarie per il movimento cellulare e per mangiare i batteri. Il cambiamento nell'architettura interna della cellula, o citoscheletro, è diventato al centro dei nostri studi.
Abbiamo scoperto che l'orologio circadiano dei macrofagi controllava direttamente i componenti del citoscheletro. Abbiamo visto cambiamenti nella quantità di blocchi di proteine citoscheletriche e anche nell'attività di un regolatore principale del cambiamento citoscheletrico. Questo regolatore principale è una proteina chiamata RhoA.
RhoA è attivato dal contatto batterico e spinge i macrofagi a muoversi e consumare batteri. Abbiamo scoperto che RhoA era attivo nei macrofagi senza orologio anche quando non erano presenti batteri. Quando i batteri hanno contattato i normali macrofagi RhoA è diventato attivo, ma non vi sono stati ulteriori cambiamenti nei macrofagi senza orologio, poiché RhoA era già attivo. Quindi i macrofagi senza orologio erano sempre accesi e quindi in grado di rispondere più rapidamente all'attacco batterico.
Per scoprire come l'orologio stava cambiando il comportamento dei macrofagi, ci siamo rivolti al meccanismo dell'orologio principale. Ciò comprende un piccolo gruppo di proteine che cambiano in abbondanza nel tempo, permettendo così alle cellule di dire l'ora. Abbiamo scoperto che uno di questi fattori di clock, chiamato BMAL1, era il collegamento essenziale tra il clock e il comportamento dei macrofagi.
Autore previsto
Ridurre la dipendenza dagli antibiotici
Uno dei maggiori problemi del mondo moderno è la crescente resistenza dei batteri agli antibiotici. Non ci sono state nuove classi di antibiotici per 30 anni. La resistenza batterica agli antibiotici significa che abbiamo infezioni non trattabili e affrontiamo un futuro in cui la chirurgia diventerà più rischiosa.
Trovare nuovi modi per migliorare la difesa contro i batteri è una priorità assoluta. La scoperta di un circuito che collega l'orologio alla difesa batterica apre una nuova strada per ridurre la nostra dipendenza dalla gamma limitata di antibiotici esistenti. Potrebbe essere possibile migliorare le difese naturali contro l'infezione batterica prendendo di mira l'orologio.
Il funzionamento dell'orologio circadiano può essere modificato dall'esposizione alla luce, modificando i tempi dei pasti, dalla variabilità genetica all'interno delle popolazioni umane e da nuovi farmaci in grado di regolare questo sistema. Un problema con il targeting dell'orologio con i farmaci è che l'impatto su altri sistemi sarà ampio e le conseguenze difficili da prevedere. Ma un intervento a breve termine per aumentare l'immunità alle infezioni può offrire benefici a basso costo.
Allo stesso modo, rafforzare il ritmo circadiano delle persone ad alto rischio, ad esempio negli ospedali, controllando l'illuminazione e i tempi dei pasti può aumentare l'immunità e prevenire le infezioni acquisite in ospedale.
Circa l'autore
David Ray, professore di endocrinologia, Università di Oxford e Gareth Kitchen, docente e anestesista clinico accademico, University of Manchester
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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