Ricerche

Immagine a colori falsi di C. Elegans: la fluorescenza indica che il verme è carente di vitamina B12.

I vermi non si muovono quando hanno il morbo di Alzheimer (MA). Eppure qualcosa ha aiutato i vermi con la malattia a mantenere il loro movimento nel laboratorio della prof.ssa Jessica Tanis all'Università del Delaware. Nel risolvere il mistero, la Tanis e il suo team hanno ottenuto nuovi indizi sull'impatto potenziale della dieta sul MA, la temuta malattia degenerativa del cervello che affligge più di 6 milioni di americani.

Alcuni anni fa, la Tanis e la sua squadra hanno iniziato a studiare i fattori che influenzano l'insorgenza e la progressione del MA, con ricerche genetiche sul C. Elegans, un minuscolo verme del suolo che è oggetto di numerosi studi.

L'espressione dell'amiloide-beta (Aβ), una proteina tossica implicata nella malattia, paralizza i vermi entro 36 ore dopo aver raggiunto l'età adulta. Mentre i vermi in una piastra di Petri nel laboratorio della Tanis si sono completamente immobilizzati, i vermi della stessa età del piatto di Petri adiacente avevano ancora il loro movimento sinuoso.

"Era un'osservazione fatta della studentessa di master Kirsten Kervin", ha detto la Tanis, assistente prof.ssa del Dipartimento di Scienze Biologiche della UD. "Ha ripetuto l'esperimento ancora e ancora, con gli stessi risultati".

Dopo anni di ricerca, il team è finalmente arrivata alla differenza importante, ha detto la Tanis. Anche se tutti i vermi erano allevati ​con una dieta di batteri E. Coli, si è scoperto che un ceppo di E. Coli aveva livelli più alti di vitamina B12 rispetto all'altro. Sebbene il lavoro della Tanis in quel momento fosse focalizzato sui fattori genetici, lei ha reimpostato la ricerca per esaminare questa vitamina e il suo ruolo protettivo.

Imparare dai vermi

Il C. Elegans è un nematode, un verme snello e trasparente lungo solo un millimetro, che vive nel terreno, dove mangia batteri. Dal 1970, questo verme è visto come organismo modello, oggetto di numerosi studi perché è un sistema molto più semplice di noi umani per studiare la biologia e le malattie cellulari.

"Come umani, abbiamo un'immensa diversità genetica e diete così complesse che rendono davvero difficile decifrare come un fattore dietetico influenza l'insorgenza e la progressione del MA", ha detto la Tanis. "Ecco dove questi vermi sono incredibili. Quelli che usiamo hanno tutti esattamente la stessa provenienza genetica, reagiscono all'Aβ come gli umani, e possiamo controllare esattamente ciò che mangiano, quindi possiamo davvero scendere ai meccanismi molecolari in azione".

Nel cervello degli esseri umani con MA, l'accumulo di Aβ negli anni causa effetti tossici nelle cellule, con il risultato in una riduzione dell'energia, di frammentazione dei mitocondri (le centrali energetiche delle cellule) e di stress ossidativo provocato dall'eccesso di radicali liberi. La stessa cosa accade nei C. Elegans, ha detto la Tanis, ma in poche ore. L'Aβ provoca la loro paralisi.

"Quello che si vede è bianco o nero: i vermi si muovono o non si muovono", ha detto la Tanis. "Quando abbiamo dato vitamina B12 ai vermi che ne erano carenti, la paralisi è insorta molto più lentamente, fatto che ci ha immediatamente detto che era la B12 a dare il vantaggio. I vermi con B12 avevano anche livelli di energia più elevati e uno stress ossidativo inferiore nelle cellule".

Il team ha determinato che la vitamina B12 per funzionare si basa su un enzima specifico chiamato 'metionina sintasi'. Senza la presenza di quell'enzima, la B12 non ha effetto, ha detto la Tanis. Inoltre, aggiungere la vitamina alla dieta funzionava solo se gli animali erano carenti di B12. Dare più B12 agli animali con livelli sani non li aiuta in alcun modo. La squadra ha anche dimostrato che la vitamina B12 non ha alcun effetto sui livelli di Aβ dei vermi.

Potenza del team della Tanis.

Il primo autore della ricerca, Andy Lam, ha trascorso anni a lavorare sui protocolli di laboratorio cruciali per lo studio. Ha condotto dozzine e dozzine di esperimenti e ha documentato numerose volte osservazioni notturne.

Un obiettivo futuro è automatizzare questi esperimenti con un sistema ad alta capacità al Bio-Imaging Center della UD, accoppiato con l'analisi di apprendimento profondo per rilevare se i vermi si muovono o no. Ciò consentirebbe al team di esaminare più rapidamente le interazioni tra dieta e genetica.

"Abbiamo identificato essenzialmente questo percorso molecolare e stiamo cercando di vedere cos'altro attiva", ha detto la Tanis. "La B12 può essere protettiva per molteplici malattie neurodegenerative come SLA e Parkinson? Lo stiamo esaminando".