Microrganismi Golosi di Monossido di Carbonio: Un’Avventura Sottomarina nel Lago Biwa!
Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi del mondo invisibile! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante, nelle profondità di un lago giapponese, per scoprire dei veri e propri supereroi microscopici. Parliamo di microrganismi, ma non di quelli noiosi: questi piccoletti hanno un gusto particolare per una sostanza che per molti di noi è tossica: il monossido di carbonio (CO). Sì, avete capito bene!
Un Gas Insidioso, Una Risorsa Preziosa
Il monossido di carbonio è un po’ il cattivo della situazione: prodotto da attività umane, processi biologici e geochimici, può essere dannoso per molti esseri viventi, inclusi noi. Ma, come in ogni bella storia, c’è sempre qualcuno che vede un’opportunità dove altri vedono un pericolo. E questi “qualcuno” sono dei microrganismi anaerobici (cioè che vivono senza ossigeno) capaci non solo di sopravvivere al CO, ma addirittura di usarlo come fonte di energia e carbonio. Li chiamiamo utilizzatori di CO.
Tra questi, una categoria ci interessa particolarmente: gli utilizzatori di CO idrogenogenici. Questi campioni sono doppiamente importanti: non solo si pappano il CO tossico, ma nel farlo producono idrogeno (H2). L’idrogeno, a sua volta, è una manna dal cielo per altri microbi, come i metanogeni o i solfato-riduttori, creando un vero e proprio gioco di squadra nell’ecosistema. Il motore di questa trasformazione è un enzima chiave chiamato CO deidrogenasi (CODH), spesso associato a un altro complesso enzimatico, l’idrogenasi convertitrice di energia (ECH). L’accoppiata CODH-ECH è un po’ il marchio di fabbrica di questi microbi.
Molti di questi specialisti del CO sono termofili, cioè amano il caldo, e sono stati isolati da sorgenti termali o fondali oceanici profondi. Ma la domanda che ci siamo posti è: cosa succede negli ambienti freddi, come i sedimenti di un lago d’acqua dolce? Possono esistere anche lì, magari in uno stato dormiente, come spore in attesa di tempi (e temperature) migliori? La loro distribuzione in questi ambienti a bassa temperatura è ancora un mistero.
La Nostra Missione: A Caccia di Microbi nel Lago Biwa
Ed è qui che entriamo in gioco noi, o meglio, il nostro team di ricerca! Ci siamo avventurati sulle rive del Lago Biwa, il più grande lago d’acqua dolce del Giappone, un vero gioiello della Prefettura di Shiga. Il nostro obiettivo? Scovare questi sfuggenti utilizzatori di CO idrogenogenici nei suoi sedimenti.
Abbiamo prelevato dei campioni di sedimento dal fondo del lago, a circa 72 metri di profondità. Immaginatevi la scena: un carotatore che affonda nel fango scuro, portando alla luce un pezzetto di storia geologica e biologica. Una volta in laboratorio, abbiamo preso una porzione di questi sedimenti (circa 8 grammi per campione) e l’abbiamo messa in speciali bottiglie sigillate con acqua sterilizzata. Poi, abbiamo creato l’atmosfera giusta per i nostri microbi: un mix di 20% CO e 80% azoto, il tutto incubato a una temperatura bella calda di 65°C, per risvegliare eventuali termofili dormienti. Abbiamo chiamato queste colture “CO_B_1”, “CO_B_2” e “CO_B_3”.
Per essere sicuri dei nostri risultati, abbiamo preparato anche dei controlli: alcuni campioni incubati a 65°C ma senza CO (solo azoto), e altri a 15°C senza CO, per vedere come la sola temperatura influenzasse la comunità microbica.
I Primi Indizi: Gas in Movimento!
E cosa è successo? Beh, le analisi dei gas nelle bottiglie arricchite con CO hanno parlato chiaro! Già dopo circa 19 ore, abbiamo iniziato a vedere una diminuzione del monossido di carbonio e, contemporaneamente, un aumento dell’idrogeno. In una delle bottiglie (CO_B_3), il CO è sparito completamente dopo 48 ore! L’idrogeno, invece, ha raggiunto il suo picco dopo circa 40-48 ore. Nei campioni di controllo senza CO, invece, nessun aumento di idrogeno. Bingo! Questo era il primo, forte segnale che nei sedimenti del Lago Biwa c’erano dei microrganismi capaci di consumare CO e produrre H2. Potenziali utilizzatori di CO idrogenogenici erano all’opera!
L’Identikit dei Microbi: Analisi del DNA
A questo punto, la curiosità era alle stelle. Chi erano questi misteriosi operai? Per scoprirlo, abbiamo estratto il DNA dai campioni di sedimento arricchiti (a 23 e 45 ore dall’inizio dell’incubazione) e abbiamo eseguito un’analisi chiamata sequenziamento degli ampliconi del gene 16S rRNA. È una tecnica che ci permette di identificare i diversi tipi di microbi presenti e la loro abbondanza relativa, un po’ come fare un censimento della popolazione microbica. Abbiamo classificato le sequenze in quelle che chiamiamo ASV (Amplicon Sequence Variants), che rappresentano, in pratica, le diverse “specie” microbiche.
Nei sedimenti originali, non incubati, dominavano phyla come Chloroflexi e Nitrospirae. Ma nelle nostre colture arricchite con CO e incubate ad alta temperatura, la scena è cambiata drasticamente! Il phylum Bacillota (precedentemente noto come Firmicutes) ha preso il sopravvento, passando da un misero 1-2% nei campioni originali a ben il 50-70% dopo 45 ore di incubazione! Curiosamente, un aumento simile dei Bacillota si è verificato anche nel controllo ad alta temperatura senza CO. Questo ci ha suggerito che l’alta temperatura di coltivazione ha favorito la crescita di questi microbi, indipendentemente dalla presenza di CO. Molti utilizzatori di CO idrogenogenici noti appartengono proprio ai Bacillota e spesso formano endospore per sopravvivere in ambienti sfavorevoli, come le basse temperature del fondo del lago. L’alta temperatura potrebbe aver “risvegliato” queste spore.
L’analisi della diversità beta (che confronta le comunità microbiche tra i campioni) ha confermato che la temperatura di incubazione era un fattore determinante nel plasmare la composizione della comunità microbica. I campioni incubati ad alta temperatura si raggruppavano insieme, distinti da quelli originali e da quelli incubati a bassa temperatura.
Alla Ricerca degli Specialisti del CO
Ma noi volevamo trovare i microbi che erano specificamente stimolati dal monossido di carbonio. Così, abbiamo setacciato i nostri dati alla ricerca di ASV che fossero presenti o molto più abbondanti nelle colture con CO rispetto ai controlli.
Abbiamo identificato circa 100-200 ASV esclusivi per ciascuna coltura arricchita con CO. Tuttavia, la maggior parte di questi era presente in quantità molto piccole. Concentrandoci sugli ASV dominanti (con abbondanza relativa > 0.1%) e unici delle condizioni con CO, abbiamo trovato due candidati interessanti: uno (CO_Dominant_ASV_1) presente in due delle tre repliche con CO, e l’altro (CO_Dominant_ASV_2) solo nella terza. Entrambi sembravano appartenere alla specie Caloramator australicus, un batterio termofilo anaerobio. Sebbene per C. australicus non sia stata riportata finora la capacità di utilizzare il CO, la sua predominanza è un dato intrigante.
Andando ancora più a fondo, abbiamo cercato ASV che fossero condivisi tra le diverse colture con CO ma assenti o rari nei controlli. Quattro ASV erano comuni a tutte e tre le colture con CO. Uno di questi, ASV_CO_4, era strettamente correlato a C. australicus. Gli altri tre erano batteri o archei non coltivati, ma imparentati con gruppi come Dehalococcoidia, Actinobacteria e Thermoplasmatales.
La vera sorpresa è arrivata quando abbiamo confrontato le sequenze dei nostri ASV con un database di noti utilizzatori di CO idrogenogenici (quelli con il cluster genico CODH-ECH). Abbiamo trovato nove ASV con un’identità di sequenza superiore al 98.7% con questi noti “mangiatori di CO”. Tra questi, un ASV (designato ASV_CO_1and2_1), condiviso da due delle nostre colture con CO, è stato classificato come appartenente al genere Carboxydocella. E le specie di Carboxydocella sono famose per essere utilizzatrici di CO idrogenogeniche! Questo è stato un risultato entusiasmante!
Tuttavia, questi ASV, incluso quello di Carboxydocella, non erano tra i più abbondanti. Questo suggerisce che potrebbero far parte di quella che chiamiamo la “biosfera rara”: microrganismi presenti in piccole quantità ma con un’attività sproporzionatamente grande rispetto alla loro abbondanza. È interessante notare che in precedenti studi del nostro team, avevamo isolato dai sedimenti profondi del Lago Biwa altri utilizzatori di CO idrogenogenici come Parageobacillus thermoglucosidasius e Thermolongibacillus altinsuensis, che però non sono emersi come dominanti in questa specifica analisi di arricchimento.
La Prova del Nove: Il Gene Mangia-CO
Per avere una conferma definitiva, abbiamo fatto un passo in più: l’analisi metagenomica. Invece di guardare solo un gene marcatore (il 16S rRNA), abbiamo cercato di sequenziare porzioni più ampie del DNA totale presente nei campioni, con l’obiettivo di trovare direttamente i geni per la CODH, in particolare la subunità catalitica Ni-CODH, che è il cuore del sistema di utilizzo del CO.
Ebbene, anche se non siamo riusciti a ricostruire genomi completi (probabilmente a causa della grande diversità microbica), abbiamo trovato diciannove sequenze simili a quelle della subunità catalitica della Ni-CODH nei contig (frammenti di DNA assemblati) derivati dalle nostre colture arricchite con CO!
Tre di queste sequenze mostravano un’identità superiore all’80% con le sequenze della Ni-CODH di batteri del genere Carboxydocella. Questo rafforzava l’idea che organismi simili a Carboxydocella fossero attivi nelle nostre colture.
Altre sequenze di Ni-CODH rilevate non corrispondevano a utilizzatori di CO idrogenogenici noti, ma a batteri e archei per i quali questa capacità non è ancora stata descritta. Questo è particolarmente intrigante, perché suggerisce che nei sedimenti del Lago Biwa potrebbero nascondersi nuovi e sconosciuti utilizzatori di CO idrogenogenici! Soprattutto nella coltura CO_B_3, dove non avevamo rilevato Carboxydocella né tramite ASV né tramite le sue sequenze Ni-CODH, le sequenze geniche trovate potrebbero appartenere a candidati completamente nuovi.
Cosa Abbiamo Imparato da Questa Avventura?
Questa indagine ci ha aperto una finestra su un mondo nascosto nel fondo del Lago Biwa. Abbiamo confermato che i suoi sedimenti ospitano microrganismi capaci di consumare monossido di carbonio e produrre idrogeno. L’analisi del DNA ci ha permesso di identificare alcuni dei protagonisti, inclusi membri del genere Carboxydocella, già noti per questa abilità. Ma, cosa ancora più eccitante, abbiamo trovato indizi della possibile esistenza di nuovi utilizzatori di CO idrogenogenici, che attendono solo di essere scoperti e studiati più a fondo.
Questi microrganismi, seppur piccoli e spesso rari, svolgono un ruolo ecologico importante, contribuendo a detossificare l’ambiente dal CO e fornendo H2 ad altre comunità microbiche. Il Lago Biwa, quindi, non è solo un bellissimo specchio d’acqua, ma anche un serbatoio di biodiversità microbica con potenzialità ancora tutte da esplorare. E chissà quali altre sorprese ci riserva il mondo invisibile che pullula sotto i nostri piedi e nelle acque del nostro pianeta!
Fonte: Springer
Amici e amiche della salute, oggi voglio parlarvi di qualcosa che ci tocca da vicino: il nostro cuore. Le malattie cardiovascolari (CVD), come infarti e ictus, sono da un secolo tra le principali cause di morte a livello globale. Pensate che rappresentano circa il 26-27% dei decessi, con cifre ancora più alte in alcuni paesi. Un impatto enorme, non solo in termini di vite perse ma anche economici. È chiaro, quindi, che gestire chi già soffre di queste patologie e prevenire nuovi eventi in chi è a rischio è una priorità assoluta.
Per fortuna, la scienza non sta a guardare. Da tempo si parla di “salute cardiovascolare” (CVH), ma come misurarla in modo pratico? Nel 2010, l’American Heart Association (AHA) ha introdotto i “Life’s Simple 7” (LS7), sette parametri modificabili per valutare e migliorare la salute del cuore. Ma la ricerca va avanti e, come spesso accade, si trovano modi per affinare gli strumenti. Così, è nato il “Life’s Essential 8” (LE8), una versione aggiornata e più dettagliata. E la domanda sorge spontanea: questo nuovo punteggio ci dice qualcosa di diverso, magari anche in base al genere?
Cosa sono questi “Life’s Essential 8”?
Vi starete chiedendo cosa siano esattamente questi “8 Essenziali”. Ebbene, si tratta di un punteggio che valuta la nostra salute cardiovascolare basandosi su otto metriche, ognuna con un punteggio da 0 a 100. L’idea è fornire una valutazione più sfumata e precisa. Ecco gli otto protagonisti:
- Dieta: come mangiamo conta, eccome!
- Attività fisica: muoversi fa bene al cuore.
- Esposizione alla nicotina: fumo e alternative, meglio evitarli.
- Salute del sonno: una novità rispetto ai LS7, perché dormire bene è fondamentale.
- Indice di massa corporea (IMC): tenere sotto controllo il peso.
- Lipidi nel sangue: il famoso colesterolo, ma non solo (si guarda il non-HDL).
- Glucosio nel sangue: attenzione alla glicemia.
- Pressione sanguigna: un classico intramontabile della prevenzione.
Il punteggio LE8 totale è la media di questi otto valori. L’AHA classifica i punteggi in bassi (0-49), moderati (50-79) e alti (80-100). Questo sistema permette di capire meglio come i diversi stili di vita, che possono variare tra uomini e donne, influenzino la salute cardiovascolare. E le prime ricerche suggeriscono che LE8 sia più bravo del suo predecessore LS7 nel predire problemi come arteriosclerosi coronarica, ictus e persino depressione.
Lo studio: un’analisi approfondita sulle differenze di genere
Recentemente, mi sono imbattuto in uno studio molto interessante pubblicato su Lipids in Health and Disease, basato sui dati del National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) degli Stati Uniti, raccolti tra il 2005 e il 2018. Un campione enorme, parliamo di oltre 23.000 persone! L’obiettivo? Capire se ci sono differenze di genere nell’associazione tra il punteggio LE8 e la prevalenza di malattie cardiovascolari.
I ricercatori hanno analizzato i punteggi LE8 complessivi, quelli relativi ai comportamenti (dieta, attività fisica, fumo, sonno) e ai fattori di salute (IMC, lipidi, glucosio, pressione), oltre ai singoli parametri. Hanno poi confrontato questi dati con la storia auto-riferita di malattie coronariche o ictus dei partecipanti.
E cosa hanno scoperto? Preparatevi, perché i risultati sono davvero illuminanti e, per certi versi, confermano alcune intuizioni, aggiungendo però dettagli cruciali.
I risultati: le donne sembrano avere una marcia in più (ma non sempre)
Innanzitutto, una conferma: le persone con malattie cardiovascolari avevano punteggi LE8 significativamente più bassi rispetto a chi non ne soffriva. E questo vale sia per gli uomini che per le donne. Fin qui, tutto come ci si aspetterebbe: uno stile di vita e parametri fisiologici migliori proteggono il cuore.
Ma la vera chicca, quella che dà il titolo al mio articolo, riguarda le differenze di genere. Le donne, in generale, hanno mostrato livelli di salute cardiovascolare (CVH) più alti rispetto agli uomini. Questo si rifletteva in punteggi LE8 totali superiori e in punteggi migliori per dieta, esposizione alla nicotina, lipidi nel sangue, glucosio e pressione sanguigna. Interessante, no? Tuttavia, gli uomini tendevano ad avere punteggi migliori per attività fisica e indice di massa corporea. Quindi, non è una vittoria su tutta la linea per nessuno dei due sessi, ma un quadro più complesso.
Andando ancora più a fondo, lo studio ha rivelato che un punteggio LE8 elevato era associato a una riduzione del rischio di CVD del 78% negli uomini e addirittura dell’83% nelle donne, rispetto a chi aveva un punteggio basso. Una differenza notevole! Anche per i comportamenti e i fattori di salute presi singolarmente, livelli più alti erano associati a un rischio minore in entrambi i sessi, ma con riduzioni spesso più marcate per le donne, specialmente per i comportamenti salutari.
Una relazione non lineare e il potere predittivo
Un altro aspetto affascinante emerso è la relazione “non lineare” tra i punteggi LE8 e il rischio di CVD. Cosa significa? In parole povere, l’effetto benefico di un aumento del punteggio non è sempre costante. Potrebbe essere che passare da un punteggio molto basso a uno moderato dia un beneficio enorme, mentre il passaggio da moderato ad alto, pur essendo positivo, dia un incremento di protezione proporzionalmente minore, o viceversa in certi intervalli. Questo suggerisce che le strategie di prevenzione potrebbero dover essere calibrate diversamente a seconda del punto di partenza dell’individuo.
E c’è di più: la capacità del punteggio LE8 di “discriminare”, cioè di identificare chi è a rischio di CVD, è risultata significativamente maggiore nelle donne rispetto agli uomini. Sembra quasi che per il sesso femminile, questo strumento sia ancora più preciso nel predire il pericolo.
Perché queste differenze? Ipotesi e riflessioni
Ma perché queste differenze tra uomini e donne? Lo studio, essendo trasversale (cioè fotografa la situazione in un dato momento), non può stabilire cause dirette, ma possiamo fare delle ipotesi basate anche su altre ricerche.
- Fattori fisiologici: Gli estrogeni, ormoni prevalentemente femminili prima della menopausa, hanno noti effetti protettivi sul sistema cardiovascolare. Questo potrebbe spiegare in parte i punteggi LE8 mediamente migliori e la maggiore protezione osservata nelle donne.
- Comportamenti e stili di vita: Le donne, in media, tendono ad adottare stili di vita più sani per alcuni aspetti, come una maggiore attenzione alla dieta (più frutta e verdura, meno grassi) e tassi di fumo inferiori in molte popolazioni. Questi comportamenti virtuosi si traducono in punteggi LE8 più alti.
- Fattori psicosociali: Non dimentichiamo l’influenza della società e della cultura. Le donne potrebbero avere, in certi contesti, un accesso diverso a risorse e supporto per il mantenimento della salute, o una maggiore propensione a partecipare a programmi di educazione sanitaria.
È chiaro che la questione è complessa e multifattoriale. Quello che emerge con forza è la necessità di non considerare la popolazione come un blocco unico quando si parla di prevenzione cardiovascolare.
Cosa ci portiamo a casa?
Questo studio, a mio avviso, è un tassello importante. Ci dice che migliorare i nostri “Life’s Essential 8” è cruciale per ridurre il rischio di malattie cardiovascolari, e questo è un messaggio universale. Ma ci sottolinea anche che l’impatto di questi fattori e la loro distribuzione possono variare significativamente tra uomini e donne.
Quindi, la prossima volta che pensate alla salute del vostro cuore, ricordatevi di questi 8 pilastri. E se siete professionisti della salute, tenete a mente che strategie di prevenzione personalizzate e specifiche per genere potrebbero essere la chiave per un futuro con meno cuori spezzati, in tutti i sensi.
Certo, come ogni ricerca, anche questa ha delle limitazioni: i dati su diagnosi e stili di vita erano auto-riferiti (quindi soggetti a possibili imprecisioni), il disegno è trasversale e non permette di stabilire nessi di causalità diretta, e i risultati, basati su una popolazione statunitense, potrebbero non essere generalizzabili a tutti. Inoltre, mancavano dati sull’uso di farmaci che influenzano la salute cardiovascolare. Tuttavia, la dimensione del campione e la solidità dell’analisi rendono i risultati degni di grande attenzione.
In conclusione, puntare a punteggi LE8 più alti è una strategia vincente per tutti, ma con un occhio di riguardo alle specificità femminili, che sembrano trarre un beneficio ancora maggiore. Un motivo in più per approfondire le differenze socio-economiche e di stile di vita che influenzano la salute cardiovascolare, per sviluppare politiche sanitarie e strategie preventive sempre più efficaci.
Fonte: Springer
