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Il sapone uccide le cellule umane?

Il sapone uccide le cellule umane?


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Vedo molti prodotti, in particolare sapone per le mani e prodotti per la pulizia, che affermano di uccidere il 99,9% o più dei batteri.

Questo mi fa chiedere, se le sostanze chimiche sono abbastanza potenti da abbattere le membrane delle cellule batteriche, possono anche abbattere le cellule umane? Se no, perché no?


Salamander ha ragione sul fatto che il triclosan sia l'ingrediente attivo nel sapone antibatterico, ma il motivo per cui non uccide le cellule umane non ha nulla a che fare con la pelle. Dalla stessa fonte di salamandra:

Una volta che sono nelle cellule dei microbi, il triclosan avvelena uno specifico enzima (gli enzimi sono proteine ​​che hanno funzioni particolari, pensate a loro come macchinari cellulari) che viene utilizzato nella fabbricazione delle membrane cellulari dei microbi. Gli esseri umani non hanno questo enzima, quindi il triclosan non ci avvelena.

L'enzima in questione è chiamato Enoil-acil carrier protein reduttasi (ENR), ed è utilizzato dai batteri come parte della loro sintesi di acidi grassi. Gli eucarioti utilizzano un diverso insieme di enzimi per la sintesi degli acidi grassi, quindi non siamo influenzati da questa attività del triclosan.

Per alcuni dettagli più specifici sull'interazione di triclosan ed ENR, possiamo girare uno studio sul meccanismo antibatterico del triclosan che è stato fatto subito dopo che il triclosan è stato cristallizzato per la prima volta sul posto con il suo enzima bersaglio.

Da Heath, et al (1999):

Il triclosan è un agente antibatterico ad ampio spettro che inibisce la sintesi batterica degli acidi grassi allo stadio della proteina trasportatrice enoil-acil reduttasi (FabI) ​​... L'onnipresente presenza di sistemi di sintasi degli acidi grassi di tipo II nei batteri e la natura essenziale della reazione FabI rendono questo enzima un bersaglio attraente per i farmaci antibatterici. Di conseguenza, il triclosan è efficace contro un ampio spettro di batteri, incluso lo Staphylococcus aureus multiresistente.


Il sapone antibatterico usa comunemente il triclosan, che può passare attraverso il doppio strato fosfolipidico dei batteri e interrompere la produzione di enzimi essenziali, uccidendo i batteri (fonte). Questo triclosan voluto uccidono le cellule del corpo umano allo stesso modo dei batteri, tuttavia abbiamo uno strato spesso 1-1,5 mm di cellule morte della pelle (chiamato strato corneo) che esiste per proteggere la nostra epidermide da sostanze chimiche come il sapone antibatterico.

EDIT: mi sbagliavo assolutamente sul fatto che il triclosan uccidesse le cellule umane. In effetti, è impossibile perché il triclosan uccida le cellule umane, perché l'enzima che viene distrutto nei batteri dal triclosan non esiste nel corpo umano.


Cosa fa il coronavirus al tuo corpo che lo rende così mortale

Benjamin Neuman non lavora, consulta, possiede azioni o riceve finanziamenti da qualsiasi azienda o organizzazione che trarrebbe beneficio da questo articolo e non ha rivelato affiliazioni rilevanti oltre al loro incarico accademico.

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Il COVID-19 è causato da un coronavirus chiamato SARS-CoV-2. I coronavirus appartengono a un gruppo di virus che infettano gli animali, dai pavoni alle balene. Prendono il nome dalle punte a bulbo che sporgono dalla superficie del virus e danno l'aspetto di una corona che lo circonda.

Un'infezione da coronavirus di solito si manifesta in due modi: come un'infezione nei polmoni che include alcuni casi di quello che le persone chiamerebbero il comune raffreddore o come un'infezione nell'intestino che causa la diarrea. COVID-19 inizia nei polmoni come i comuni coronavirus del raffreddore, ma poi provoca il caos con il sistema immunitario che può portare a danni ai polmoni a lungo termine o morte.

SARS-CoV-2 è geneticamente molto simile ad altri coronavirus respiratori umani, inclusi SARS-CoV e MERS-CoV. Tuttavia, le sottili differenze genetiche si traducono in differenze significative nella rapidità con cui un coronavirus infetta le persone e come le fa ammalare.

SARS-CoV-2 ha lo stesso equipaggiamento genetico del SARS-CoV originale, che ha causato un'epidemia globale nel 2003, ma con circa 6.000 mutazioni sparse nei soliti luoghi in cui cambiano i coronavirus. Pensa al latte intero rispetto al latte scremato.

Rispetto ad altri coronavirus umani come il MERS-CoV, emerso in Medio Oriente nel 2012, il nuovo virus ha versioni personalizzate della stessa attrezzatura generale per invadere le cellule e copiare se stesso. Tuttavia, SARS-CoV-2 ha un insieme completamente diverso di geni chiamati accessori, che danno a questo nuovo virus un piccolo vantaggio in situazioni specifiche. Ad esempio, MERS ha una particolare proteina che interrompe la capacità di una cellula di lanciare l'allarme su un intruso virale. SARS-CoV-2 ha un gene non correlato con una funzione ancora sconosciuta in quella posizione nel suo genoma. Pensa al latte di mucca contro il latte di mandorle.


Biologia 171

Alla fine di questa sezione, sarai in grado di fare quanto segue:

  • Spiegare la necessità della fissazione dell'azoto e come si realizza
  • Descrivi gli effetti benefici dei batteri che colonizzano la nostra pelle e il nostro apparato digerente
  • Identificare i procarioti utilizzati durante la lavorazione del cibo
  • Descrivere l'uso dei procarioti nel biorisanamento

Fortunatamente, solo poche specie di procarioti sono patogene! I procarioti interagiscono anche con gli esseri umani e altri organismi in diversi modi utili. Ad esempio, i procarioti sono i principali partecipanti ai cicli del carbonio e dell'azoto. Producono o trasformano i nutrienti nel tratto digestivo degli esseri umani e di altri animali. I procarioti sono utilizzati nella produzione di alcuni alimenti umani e sono stati anche reclutati per la degradazione di materiali pericolosi. In effetti, la nostra vita non sarebbe possibile senza i procarioti!

Cooperazione tra batteri ed eucarioti: fissazione dell'azoto

L'azoto è un elemento molto importante per gli esseri viventi, perché fa parte dei nucleotidi e degli amminoacidi che sono rispettivamente i mattoni degli acidi nucleici e delle proteine. L'azoto è solitamente l'elemento più limitante negli ecosistemi terrestri, con l'azoto atmosferico, N2, fornendo il più grande pool di azoto disponibile. Tuttavia, gli eucarioti non possono utilizzare l'azoto atmosferico e gassoso per sintetizzare le macromolecole. Fortunatamente, l'azoto può essere "fissato", il che significa che viene convertito in una forma più accessibile: l'ammoniaca (NH3)-sia biologicamente che abioticamente.

La fissazione abiotica dell'azoto avviene a seguito di processi fisici come i fulmini o da processi industriali. La fissazione biologica dell'azoto (BNF) viene effettuata esclusivamente dai procarioti: batteri del suolo, cianobatteri e Frankia sp. (batteri filamentosi che interagiscono con piante actinorhizal come ontano, bayberry e felce dolce). Dopo la fotosintesi, il BNF è il processo biologico più importante sulla Terra. L'equazione di fissazione dell'azoto complessiva di seguito rappresenta una serie di reazioni redox (Pi sta per fosfato inorganico).

L'azoto fissato totale attraverso BNF è di circa 100-180 milioni di tonnellate all'anno, che contribuisce per circa il 65 percento dell'azoto utilizzato in agricoltura.

I cianobatteri sono i più importanti fissatori di azoto negli ambienti acquatici. Nel suolo, i membri dei generi Clostridio e Azotobatteri sono esempi di batteri a vita libera che fissano l'azoto. Altri batteri vivono in simbiosi con le leguminose, fornendo la più importante fonte di azoto fisso. I simbionti possono fissare più azoto nel suolo rispetto agli organismi a vita libera di un fattore 10. I batteri del suolo, chiamati collettivamente rizobi, sono in grado di interagire simbioticamente con i legumi per formare noduli, strutture specializzate in cui avviene la fissazione dell'azoto ((Figura)). Nitrogenasi, l'enzima che fissa l'azoto, viene inattivato dall'ossigeno, quindi il nodulo fornisce un'area priva di ossigeno per la fissazione dell'azoto. L'ossigeno è sequestrato da una forma di emoglobina vegetale chiamata legemoglobina, che protegge il nitrogenasi, ma rilascia abbastanza ossigeno per supportare l'attività respiratoria.

La fissazione simbiotica dell'azoto fornisce un fertilizzante vegetale naturale ed economico: riduce l'azoto atmosferico in ammoniaca, che è facilmente utilizzabile dalle piante. L'uso dei legumi è un'ottima alternativa alla concimazione chimica ed è di particolare interesse per agricoltura sostenibile, che mira a ridurre al minimo l'uso di sostanze chimiche ea preservare le risorse naturali. Attraverso la fissazione simbiotica dell'azoto, la pianta beneficia dell'utilizzo di una fonte infinita di azoto: l'atmosfera. I batteri traggono vantaggio dall'utilizzo di fotosinteti (carboidrati prodotti durante la fotosintesi) dalla pianta e dall'avere una nicchia protetta. Inoltre, il terreno beneficia della concimazione naturale. Pertanto, l'uso della rizobia come biofertilizzante è una pratica sostenibile.

Perché i legumi sono così importanti? Alcuni, come i semi di soia, sono fonti chiave di proteine ​​agricole. Alcuni dei legumi più importanti consumati dall'uomo sono soia, arachidi, piselli, ceci e fagioli. Altri legumi, come l'erba medica, sono usati per nutrire il bestiame.

I batteri commensali che abitano la nostra pelle e il tratto gastrointestinale fanno molte cose buone per noi. Ci proteggono dai patogeni, ci aiutano a digerire il cibo e producono alcune delle nostre vitamine e altri nutrienti. Queste attività sono note da tempo. Più recentemente, gli scienziati hanno raccolto prove che questi batteri possono anche aiutare a regolare il nostro umore, influenzare i nostri livelli di attività e persino aiutare a controllare il peso influenzando le nostre scelte alimentari e i modelli di assorbimento. Il Progetto Microbioma Umano ha iniziato il processo di catalogazione dei nostri normali batteri (e archaea) in modo da poter comprendere meglio queste funzioni.

Un esempio particolarmente affascinante della nostra normale flora riguarda il nostro apparato digerente. Le persone che assumono alte dosi di antibiotici tendono a perdere molti dei loro normali batteri intestinali, consentendo una specie naturalmente resistente agli antibiotici chiamata Clostridium difficile crescere eccessivamente e causare gravi problemi gastrici, in particolare diarrea cronica ((Figura)). Ovviamente, cercare di trattare questo problema con gli antibiotici non fa che peggiorarlo. Tuttavia, è stato trattato con successo somministrando ai pazienti trapianti fecali da donatori sani per ristabilire la normale comunità microbica intestinale. Sono in corso studi clinici per garantire la sicurezza e l'efficacia di questa tecnica.

Gli scienziati stanno anche scoprendo che l'assenza di alcuni microbi chiave dal nostro tratto intestinale può crearci una serie di problemi. Ciò sembra essere particolarmente vero per quanto riguarda il corretto funzionamento del sistema immunitario. Ci sono scoperte interessanti che suggeriscono che l'assenza di questi microbi è un importante contributo allo sviluppo di allergie e alcune malattie autoimmuni. Attualmente sono in corso ricerche per verificare se l'aggiunta di determinati microbi al nostro ecosistema interno possa aiutare nel trattamento di questi problemi, nonché nel trattamento di alcune forme di autismo.

Le prime biotecnologie: formaggio, pane, vino, birra e yogurt

Secondo la Convenzione delle Nazioni Unite sulla diversità biologica, la biotecnologia è “qualsiasi applicazione tecnologica che utilizza sistemi biologici, organismi viventi o loro derivati, per realizzare o modificare prodotti o processi per un uso specifico.” 1 Il concetto di “uso specifico” implica una sorta di applicazione commerciale. L'ingegneria genetica, la selezione artificiale, la produzione di antibiotici e la coltura cellulare sono argomenti di studio attuali in biotecnologia e verranno descritti nei capitoli successivi. Tuttavia, gli esseri umani usavano i procarioti prima ancora che il termine biotecnologia fosse coniato. Alcuni dei prodotti di questa prima biotecnologia sono familiari come formaggio, pane, vino, birra e yogurt, che impiegano sia batteri che altri microbi, come il lievito, un fungo ((Figura)).

La produzione del formaggio è iniziata circa 4.000-7.000 anni fa, quando l'uomo ha iniziato ad allevare animali ea lavorare il loro latte. La fermentazione in questo caso preserva le sostanze nutritive: il latte si deteriora in tempi relativamente brevi, ma se lavorato come formaggio è più stabile. Per quanto riguarda la birra, le testimonianze più antiche sulla produzione della birra risalgono a circa 6.000 anni fa ed erano parte integrante della cultura sumera. Le prove indicano che i Sumeri scoprirono la fermentazione per caso. Il vino viene prodotto da circa 4.500 anni e le prove suggeriscono che i prodotti lattiero-caseari coltivati, come lo yogurt, esistono da almeno 4.000 anni.

Usare i procarioti per ripulire il nostro pianeta: biorisanamento

Il biorisanamento microbico è l'uso di procarioti (o metabolismo microbico) per rimuovere gli inquinanti. Il biorisanamento è stato utilizzato per rimuovere i prodotti chimici agricoli (ad esempio pesticidi, fertilizzanti) che filtrano dal suolo nelle acque sotterranee e nel sottosuolo. Alcuni metalli e ossidi tossici, come il selenio e i composti dell'arsenico, possono anche essere rimossi dall'acqua mediante biorisanamento. La riduzione di SeO4 -2 a SeO3 -2 e a Se 0 (selenio metallico) è un metodo utilizzato per rimuovere gli ioni di selenio dall'acqua. Il mercurio (Hg) è un esempio di metallo tossico che può essere rimosso da un ambiente mediante biorisanamento. Come ingrediente attivo di alcuni pesticidi, il mercurio viene utilizzato nell'industria ed è anche un sottoprodotto di alcuni processi, come la produzione di batterie. Il metilmercurio è solitamente presente in concentrazioni molto basse negli ambienti naturali, ma è altamente tossico perché si accumula nei tessuti viventi. Diverse specie di batteri possono effettuare la biotrasformazione del mercurio tossico in forme non tossiche. Questi batteri, come Pseudomonas aeruginosa, può convertire Hg +2 in Hg 0 , che non è tossico per l'uomo.

Uno degli esempi più utili e interessanti dell'uso dei procarioti per scopi di biorisanamento è la pulizia delle fuoriuscite di petrolio. L'importanza dei procarioti per il biorisanamento del petrolio è stata dimostrata in diverse fuoriuscite di petrolio negli ultimi anni, come la fuoriuscita di petrolio Exxon Valdez in Alaska (1989) ((Figura)), la fuoriuscita di petrolio Prestige in Spagna (2002), la fuoriuscita nel Mediterraneo da una centrale elettrica in Libano (2006) e, più recentemente, la fuoriuscita di petrolio della BP nel Golfo del Messico (2010). Nel caso di fuoriuscite di petrolio nell'oceano, tende a verificarsi un biorisanamento naturale in corso, poiché ci sono batteri che consumano petrolio nell'oceano prima della fuoriuscita. Oltre a questi batteri naturali che degradano il petrolio, gli esseri umani selezionano e ingegnerizzano batteri che possiedono la stessa capacità con maggiore efficacia e spettro di composti di idrocarburi che possono essere elaborati. Il biorisanamento è potenziato dall'aggiunta di nutrienti inorganici che aiutano i batteri a crescere.

Alcuni batteri che degradano gli idrocarburi si nutrono di idrocarburi nella goccia d'olio, scomponendo gli idrocarburi in subunità più piccole. Alcune specie, come Alcanivorax borkumensis, producono tensioattivi che solubilizzare l'olio (rendendolo solubile in acqua), mentre altri batteri degradano l'olio in anidride carbonica. In condizioni ideali, è stato riportato che fino all'80% dei componenti non volatili nell'olio può essere degradato entro un anno dalla fuoriuscita. Altre frazioni petrolifere contenenti catene idrocarburiche aromatiche e molto ramificate sono più difficili da rimuovere e rimangono nell'ambiente per periodi di tempo più lunghi.

Riepilogo della sezione

Gli agenti patogeni sono solo una piccola percentuale di tutti i procarioti. In effetti, i procarioti forniscono servizi essenziali all'uomo e ad altri organismi. L'azoto, che non è utilizzabile dagli eucarioti nella sua abbondante forma atmosferica, può essere "fissato" o convertito in ammoniaca (NH3) biologicamente o abioticamente. La fissazione biologica dell'azoto (BNF) è effettuata esclusivamente dai procarioti e costituisce il secondo processo biologico più importante sulla Terra. Sebbene parte dell'azoto terrestre sia fissato da batteri a vita libera, la maggior parte del BNF deriva dall'interazione simbiotica tra la rizobia del suolo e le radici delle leguminose.

La vita umana è possibile solo grazie all'azione dei microbi, sia quelli nell'ambiente che quelle specie che ci chiamano casa. Internamente, ci aiutano a digerire il nostro cibo, producono nutrienti vitali per noi, ci proteggono dai microbi patogeni e aiutano ad addestrare il nostro sistema immunitario a funzionare correttamente.

Il biorisanamento microbico è l'uso del metabolismo microbico per rimuovere gli inquinanti. Il biorisanamento è stato utilizzato per rimuovere i prodotti chimici agricoli che filtrano dal suolo nelle acque sotterranee e nel sottosuolo. Anche i metalli e gli ossidi tossici, come il selenio e i composti di arsenico, possono essere rimossi mediante biorisanamento. Probabilmente uno degli esempi più utili e interessanti dell'uso dei procarioti per scopi di biorisanamento è la pulizia delle fuoriuscite di petrolio.

Risposta gratuita

Il tuo amico crede che i procarioti siano sempre dannosi e patogeni. Come spiegheresti loro che si sbagliano?

Ricorda loro i ruoli importanti che i procarioti svolgono nella decomposizione e nella liberazione di nutrienti nei cicli biogeochimici, ricorda loro i molti procarioti che non sono patogeni umani e che riempiono nicchie molto specializzate. Inoltre, i nostri normali simbionti batterici sono fondamentali per la nostra digestione e per proteggerci dagli agenti patogeni.

Molte persone usano il sapone antimicrobico per uccidere i batteri sulle mani. Tuttavia, un uso eccessivo può effettivamente aumentare il rischio di infezione. Come potrebbe accadere?

Il sapone uccide indiscriminatamente i batteri sulla pelle. Questo uccide i batteri nocivi, ma può anche eliminare i batteri "buoni" dalla pelle. Quando i batteri non patogeni vengono eliminati, i batteri patogeni possono colonizzare la superficie vuota.

Note a piè di pagina

Glossario


Trovato agente topico per uccidere il papillomavirus

HERSHEY, PA - Un comune tensioattivo e detergente presente in molti shampoo e dentifrici è il primo agente microbicida topico dimostrato di uccidere il papillomavirus animale e umano, secondo un ricercatore della Penn State. Il sodio dodecil solfato (SDS) è stato trovato nella coltura cellulare e nei test sugli animali per inattivare i virus a trasmissione sessuale tra cui il virus dell'immunodeficienza umana (HIV), il virus dell'herpes simplex di tipo 2 (HSV-2) e i papillomavirus umani (HPV). Questi virus causano rispettivamente l'AIDS, l'herpes genitale e le verruche genitali.

"Questo è un passo importante verso il nostro obiettivo di produrre un prodotto pratico, non tossico, poco costoso e discreto che le donne possono applicare localmente alla vagina prima del rapporto sessuale, un prodotto che le proteggerebbe dall'infezione da HPV anche durante gli incontri con partner infetti. ", spiega Mary K. Howett, Ph.D., professore di microbiologia e immunologia presso il College of Medicine di Penn State. "Nel caso di donne precedentemente infette, questo agente potrebbe impedire loro di trasmettere il virus ai loro partner. Inoltre, questo agente potrebbe essere usato da solo o con altri microbicidi o spermicidi attualmente disponibili per prevenire la trasmissione dell'HSV-2 e dell'HIV".

Il lavoro di Howett e dei suoi colleghi intitolato "Un microbicida ad ampio spettro con attività virucida contro i virus a trasmissione sessuale", è stato pubblicato nel numero di febbraio della rivista Antimicrobial Agents and Chemotherapy.

Howett afferma che ci vorranno almeno diversi anni prima che tali prodotti vengano prodotti per l'uso nell'uomo. Tuttavia, aggiunge che tali prodotti potrebbero ridurre notevolmente il cancro cervicale.

La protezione dai virus delle verruche genitali è importante per la salute pubblica perché le lesioni causate da questi virus possono evolvere in cancro, in particolare il cancro della cervice uterina. Questo cancro provoca 5.000 decessi all'anno nelle donne negli Stati Uniti. Nel mondo in via di sviluppo, il cancro della cervice uterina è la prima causa di decessi correlati al cancro nelle donne. In tutto il mondo, 250.000 donne muoiono ogni anno a causa di questa forma di cancro. La prevenzione dell'infezione da HPV potrebbe prevenire la maggior parte di questi tumori. L'infezione da HPV può anche portare ad altri tumori nei tratti ano-genitali di donne e uomini. L'HPV è spesso associato a tumori vulvari e anali. La prevenzione dalla trasmissione potrebbe anche proteggere uomini e donne dallo sviluppo di questi tumori.

Si pensa che circa una donna su quattro sia infettata da questi virus nel tratto genitale, con dall'1 al 3% delle donne che mostrano segni evidenti di infezione clinica all'esame ginecologico. Sebbene la maggior parte delle persone infette non sviluppi il cancro, le persone con HPV si preoccupano di infettare i loro partner, soffrono di ripercussioni fisiche inclusa la possibile perdita di fertilità e temono lo sviluppo del cancro. Molte persone con infezione da HPV non sono consapevoli di essere infette. Le infezioni da HPV si verificano comunemente negli adolescenti e nelle persone durante i loro anni riproduttivi. Le lesioni causate da questi virus sono peggiori nelle persone immunocompromesse come quelle con AIDS.

Howett e i suoi colleghi sono alla ricerca di partner per sviluppare prodotti che incorporino questi agenti anti-papillomavirus, da soli o in combinazione con altri microbicidi. Una di queste partnership è stata stabilita con Dan Malamud, Ph.D., e gli investigatori di Biosyn, Inc. a Philadelphia per includere SDS in prodotti contenenti C31G, un altro potente microbicida in fase di sviluppo da Biosyn.

I risultati presentati in questo documento derivano dagli sforzi di ricerca congiunti dei ricercatori nei dipartimenti di microbiologia e immunologia e patologia e del Jake Gittlen Cancer Research Institute presso il Milton S. Hershey Medical Center del Penn State College of Medicine di Hershey, Pennsylvania e ricercatori nel Dipartimento di Biochimica presso la University of Pennsylvania School of Dental Medicine e presso Biosyn, Inc. a Philadelphia, Pennsylvania.

Il lavoro è stato svolto grazie al finanziamento fornito da un Program Project Grant che è stato assegnato a Penn State, all'Università della Pennsylvania, Biosyn, Inc. e all'Università della Carolina del Nord dal National Institute of Allergy and Infectious Diseases, e dal sostegno fornito dal Jake Gittlen Cancer Research Institute.

Fonte della storia:

Materiali forniti da Penn State. Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.


Un nuovo importante fondo indicizzato dovrebbe innervosire i CEO scettici sul clima

Una calamità viscida sta strisciando attraverso il mare

Gli animali blu sono diversi da tutti gli altri

Paola Picotti, la biofisica che ha guidato lo studio, ha spiegato che gli esperimenti sono nati da una vecchia e spinosa domanda: perché alcune cellule sopravvivono ad alte temperature mentre altre muoiono? Il batterio Thermus thermophilus vive felicemente nelle sorgenti termali e persino negli scaldacqua domestici, mentre E. coli garrese sopra i 40 gradi Celsius (104 gradi Fahrenheit). Una forte evidenza implica che sono coinvolte differenze nella stabilità delle proteine ​​di ciascun organismo. Ma osservare il comportamento di una proteina mentre è ancora nella sua cellula vivente, il modo ideale per capirlo, non è facile. E isolare una proteina in una provetta dà solo risposte parziali, perché all'interno dell'organismo le proteine ​​si annidano insieme, alterando la chimica l'una dell'altra o tenendosi nella giusta forma. Per capire cosa sta cadendo a pezzi e perché, devi guardare le proteine ​​mentre si influenzano ancora a vicenda.


(Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine)

Per affrontare questo problema, il team ha ideato un vasto flusso di lavoro automatizzato in cui suddividere le cellule aperte e riscaldarne il contenuto in più fasi, rilasciando enzimi per affettare le proteine ​​sulle miscele in ogni fase. Questi enzimi sono particolarmente efficaci nell'affettare le proteine ​​che si sono dispiegate, quindi i ricercatori hanno potuto dire osservando i frammenti quali proteine ​​si sono disgregate ad ogni aumento di temperatura. In questo modo, hanno tracciato un grafico di una curva di spiegamento, o denaturazione, per ciascuna delle migliaia di proteine ​​che hanno studiato, mostrando il suo arco mentre si spostava da una struttura intatta a temperature confortevoli a uno stato denaturato mentre i gradi aumentavano. Per vedere come queste curve differivano tra le specie, hanno eseguito il processo su cellule di quattro specie: umani, E. coli, T. termofilo e lievito. "Questo è uno studio bellissimo", ha detto Allan Drummond, biologo dell'Università di Chicago, sottolineando sia la portata che la delicatezza del processo.

Una delle osservazioni più chiare è stata che in ciascuna specie le proteine ​​non si sono sviluppate in massa con un aumento della temperatura. Invece, "abbiamo visto che solo un piccolo sottoinsieme di proteine ​​collassa molto presto", ha detto Picotti, "e queste sono proteine ​​chiave". In un diagramma in stile rete delle interrelazioni delle proteine, queste poche fragili sono spesso altamente connesse, il che significa che influenzano numerosi processi nella cellula. "Senza questi la cellula non può funzionare", ha detto Picotti. "Quando questi se ne andranno, molto probabilmente l'intera rete crollerà". E con essa, evidentemente, la vita della cellula.

Questo paradosso - che alcune delle proteine ​​più importanti sembrano essere le più delicate - può riflettere il modo in cui l'evoluzione le ha modellate per svolgere il proprio lavoro. Se una proteina ha molti ruoli da svolgere, potrebbe trarre vantaggio dall'essere in qualche modo instabile e incline a dispiegarsi e ripiegarsi, poiché ciò potrebbe consentirle di assumere varie forme appropriate a qualunque sia il suo prossimo obiettivo. "Molte di queste proteine ​​[chiave] hanno un'elevata flessibilità, che le rende più instabili", ma può dare loro la versatilità di legarsi a una varietà di molecole bersaglio nella cellula, ha spiegato Picotti. “È così che possono svolgere la loro funzione, molto probabilmente. … È un compromesso.”

Guardando più da vicino E. coli, per i quali disponevano dei dati più puliti, i ricercatori hanno anche scoperto una relazione tra l'abbondanza di una proteina (quante copie di essa fluttuano intorno alla cellula) e la sua stabilità. Più copie sono state prodotte dalla cellula, hanno riferito, più calore è stato necessario per scomporre una proteina. (L'abbondanza, va notato, non è necessariamente correlata all'essere essenziale per la vita: alcune proteine ​​rare sono cruciali.) Questa connessione tra abbondanza e robustezza supporta un'idea che Drummond ha avanzato una decina di anni fa, riguardo alla proteina cellulare- la tendenza delle macchine a commettere errori occasionali. Un errore di solito destabilizza una proteina. Se quella proteina è comune, prodotta da centinaia o migliaia in una cellula ogni giorno, le copie mal ripiegate fatte in grandi quantità potrebbero ostruire fatalmente la cellula. Sarebbe opportuno che un organismo sviluppasse versioni di proteine ​​comuni con una stabilità extra incorporata, e i dati del team di Picotti sembrano riflettere questo.

Per esplorare quali qualità rendono una proteina stabile al calore, i ricercatori hanno confrontato i dati di E. coli e T. termofilo. E. coli le proteine ​​iniziarono a sfaldarsi a 40 gradi Celsius e si erano per lo più degradate di 70 gradi Celsius. Ma a quella temperatura, T. termofilo le proteine ​​stavano appena iniziando a diventare scomode: alcune di esse continuavano a mantenere la loro forma fino ad almeno 90 gradi Celsius. Il team ha scoperto che T. termofilo le proteine ​​tendevano ad essere più corte e certi tipi di forme e componenti spuntavano più spesso nelle proteine ​​più stabili.


Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine

Questi risultati potrebbero aiutare i ricercatori a progettare proteine ​​con stabilità attentamente sintonizzate sulle loro esigenze. In molti processi industriali che coinvolgono i batteri, ad esempio, l'aumento della temperatura aumenta la resa, ma in poco tempo i batteri muoiono per il trauma del calore. Sarà interessante vedere se possiamo stabilizzare un batterio rendendo quelle poche proteine ​​che si disintegrano presto più resistenti alla temperatura, ha detto Picotti.

Al di là di tutte queste osservazioni, tuttavia, alcuni biologi hanno particolarmente entusiasmato la ricchezza di informazioni del gruppo sulla facilità di dispiegamento di ciascuna proteina. La stabilità di una proteina è una misura diretta della probabilità di formare aggregati: gruppi di proteine ​​spiegate che si attaccano l'una all'altra. Gli aggregati, spesso un incubo per la cellula, possono interferire con le attività essenziali. Ad esempio, sono implicati in alcune gravi condizioni neurologiche, come il morbo di Alzheimer, in cui placche di proteine ​​denaturate si accumulano nel cervello.

Paola Picotti, biofisica dell'ETH di Zurigo, ha scoperto che le cellule muoiono quando il calore disfa solo un piccolo numero di proteine.
(Katrien Nowak)

Ma ciò non significa che l'aggregazione si verifica solo in individui che soffrono di queste condizioni. Al contrario, gli investigatori si stanno rendendo conto che potrebbe accadere continuamente, senza evidenti fattori di stress, e che una cellula sana ha modi per affrontarlo. "Penso che questo sia sempre più riconosciuto come un fenomeno molto comune", ha affermato Michele Vendruscolo, biochimico dell'Università di Cambridge. “La maggior parte delle proteine ​​in realtà si ripiega e si aggrega in modo errato nell'ambiente cellulare. L'informazione più fondamentale ottenuta da Picotti riguarda la frazione di tempo in cui una data proteina si trova nel suo stato dispiegato. Questa frazione determina il grado in cui si aggregherà”. Alcune proteine ​​non si dispiegano e si aggregano quasi mai, altre lo fanno solo in determinate situazioni e altre ancora lo fanno costantemente. Le informazioni dettagliate del nuovo documento renderanno molto più facile studiare il motivo per cui esistono queste differenze e cosa significano, ha affermato. Alcune delle curve di denaturazione mostrano persino schemi che suggeriscono che le proteine ​​si stavano aggregando dopo che si sono dispiegate. "Sono stati in grado di monitorare entrambi i passaggi, sia lo svolgimento che le successive aggregazioni", ha affermato Vendruscolo. "Questa è l'eccitazione di questo studio."

Mentre molti scienziati sono interessati agli aggregati a causa dei danni che provocano, alcuni stanno pensando al fenomeno da un'altra angolazione. Drummond ha affermato che è diventato chiaro che alcuni aggregati non sono solo cumuli di spazzatura che galleggiano intorno alla cellula, ma contengono proteine ​​attive che continuano a fare il loro lavoro.

Immagina di vedere da lontano il fumo che fuoriesce da un edificio, ha detto. Tutt'intorno ci sono forme che prendi come corpi, trascinati dalle macerie. Ma se ti avvicini, potresti scoprire che in realtà sono persone vive, che sono fuggite dall'edificio in fiamme e stanno aspettando che passi l'emergenza. Questo è ciò che sta accadendo nello studio degli aggregati, ha detto Drummond: i ricercatori stanno scoprendo che invece di essere vittime, le proteine ​​negli aggregati possono a volte essere sopravvissute. "In effetti, c'è un intero campo che sta esplodendo", ha detto.

Piuttosto che essere solo un segno di danno, l'aggregazione può servire come un modo per le proteine ​​di preservare la loro funzione quando il gioco si fa duro. Potrebbe aiutarli a proteggerli dall'ambiente circostante, per esempio. E quando le condizioni migliorano, le proteine ​​potrebbero lasciare gli aggregati e ripiegarsi. "Hanno cambiamenti [di forma] sensibili alla temperatura che, se non guardi troppo da vicino, sembrano piegati male", ha detto Drummond. "Ma c'è qualcos'altro". In un 2015 Cellula carta, lui e i suoi collaboratori hanno identificato 177 proteine ​​di lievito che sembrano riacquistare la funzione dopo essere state rinchiuse in aggregati. In un articolo apparso lo scorso marzo, il suo team ha scoperto che l'alterazione di una di queste proteine ​​in modo che non potesse aggregarsi in realtà causava seri problemi alla cellula.

Tutto sommato, questo lavoro suggerisce che le proteine ​​sono strutture curiosamente dinamiche. All'inizio potrebbero sembrare macchine rigide, al lavoro su compiti fissi per i quali una forma specifica si adatta a loro. Ma in realtà, le proteine ​​possono trasformarsi in diverse forme nel corso del loro normale compito. E nel momento del bisogno, le loro forme possono alterarsi così radicalmente da sembrare che stiano per scadere, quando si stanno davvero fortificando. A livello molecolare, la vita può consistere nell'unirsi costantemente e nel cadere a pezzi.


Come il calore uccide le cellule

Al di sopra di una certa temperatura, una cellula collasserà e morirà. Una delle spiegazioni più semplici per questa mancanza di resistenza al calore è che le proteine ​​essenziali per la vita - quelle che estraggono energia dal cibo o dalla luce solare, respingono gli invasori, distruggono i prodotti di scarto e così via - spesso hanno forme meravigliosamente precise. Iniziano come lunghi fili, quindi si piegano in eliche, forcine e altre configurazioni, come dettato dalla sequenza dei loro componenti. Queste forme giocano un ruolo enorme in quello che fanno. Eppure, quando le cose iniziano a scaldarsi, i legami che tengono insieme le strutture proteiche si rompono: prima quelle più deboli e poi, con l'aumentare della temperatura, quelle più forti. Ha senso che una perdita pervasiva della struttura proteica sarebbe letale, ma fino a poco tempo fa, i dettagli di come, o se, questo uccide le cellule surriscaldate erano sconosciuti.

Ora, tuttavia, in un vero tour de force, i biofisici dell'ETH di Zurigo in Svizzera hanno esaminato il comportamento di ogni proteina nelle cellule di quattro diversi organismi all'aumentare del calore. Questo studio e il suo ricco deposito di dati, pubblicato di recente in Scienza, rivelano che alla temperatura alla quale una cellula muore, che si tratti di una cellula umana o di una di Escherichia coli — solo una manciata di proteine ​​chiave si sfaldano. Inoltre, l'abbondanza di una proteina in una cellula sembra mostrare un'interessante relazione con la stabilità della proteina. Gli studi offrono uno sguardo sulle regole fondamentali che governano l'ordine e il disordine delle proteine ​​- regole che, i ricercatori si stanno rendendo conto, hanno implicazioni che vanno ben oltre la questione del perché il calore uccide.

Paola Picotti, la biofisica che ha guidato lo studio, ha spiegato che gli esperimenti sono nati da una vecchia e spinosa domanda: perché alcune cellule sopravvivono ad alte temperature mentre altre muoiono? Il batterio Thermus thermophilus vive felicemente nelle sorgenti termali e persino negli scaldacqua domestici, mentre E. coli garrese sopra i 40 gradi Celsius (104 gradi Fahrenheit). Una forte evidenza implica che sono coinvolte differenze nella stabilità delle proteine ​​di ciascun organismo. Ma osservare il comportamento di una proteina mentre è ancora nella sua cellula vivente - il modo ideale per capirlo - non è facile. E isolare una proteina in una provetta dà solo risposte parziali, perché all'interno dell'organismo le proteine ​​si annidano insieme, alterando la chimica l'una dell'altra o tenendosi nella giusta forma. Per capire cosa sta andando in pezzi e perché, devi guardare le proteine ​​mentre si influenzano ancora a vicenda.

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Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Per affrontare questo problema, il team ha ideato un vasto flusso di lavoro automatizzato in cui suddividere le cellule aperte e riscaldarne il contenuto in più fasi, rilasciando enzimi per affettare le proteine ​​sulle miscele in ogni fase. Questi enzimi sono particolarmente efficaci nell'affettare le proteine ​​che si sono dispiegate, quindi i ricercatori hanno potuto dire osservando i frammenti quali proteine ​​si sono disgregate ad ogni aumento di temperatura. In questo modo, hanno tracciato un grafico di una curva di spiegamento, o denaturazione, per ciascuna delle migliaia di proteine ​​che hanno studiato, mostrando il suo arco mentre si spostava da una struttura intatta a temperature confortevoli a uno stato denaturato mentre i gradi aumentavano. Per vedere come queste curve differivano tra le specie, hanno eseguito il processo su cellule di quattro specie: umani, E. coli, T. termofilo e lievito. "Questo è uno studio bellissimo", ha detto Allan Drummond, biologo dell'Università di Chicago, sottolineando sia la portata che la delicatezza del processo.

Una delle osservazioni più chiare è stata che in ciascuna specie le proteine ​​non si sono sviluppate in massa con un aumento della temperatura. Invece, "abbiamo visto che solo un piccolo sottoinsieme di proteine ​​collassa molto presto", ha detto Picotti, "e queste sono proteine ​​chiave". In un diagramma in stile rete delle interrelazioni delle proteine, queste poche fragili sono spesso altamente connesse, il che significa che influenzano numerosi processi nella cellula. "Senza questi la cellula non può funzionare", ha detto Picotti. "Quando questi se ne andranno, molto probabilmente l'intera rete crollerà". E con essa, evidentemente, la vita della cellula.

Questo paradosso - che alcune delle proteine ​​più importanti sembrano essere le più delicate - può riflettere il modo in cui l'evoluzione le ha modellate per svolgere il proprio lavoro. Se una proteina ha molti ruoli da svolgere, potrebbe trarre vantaggio dall'essere in qualche modo instabile e incline a dispiegarsi e ripiegarsi, poiché ciò potrebbe consentirle di assumere varie forme appropriate a qualunque sia il suo prossimo obiettivo. "Molte di queste proteine ​​[chiave] hanno un'elevata flessibilità, che le rende più instabili", ma può dare loro la versatilità di legarsi a una varietà di molecole bersaglio nella cellula, ha spiegato Picotti. “È così che possono svolgere la loro funzione, molto probabilmente. … È un compromesso.”

Guardando più da vicino E. coli, per i quali disponevano dei dati più puliti, i ricercatori hanno anche scoperto una relazione tra l'abbondanza di una proteina – quante copie di essa galleggiano intorno alla cellula – e la sua stabilità. Più copie sono state prodotte dalla cellula, hanno riferito, più calore è stato necessario per scomporre una proteina. (L'abbondanza, va notato, non è necessariamente correlata all'essere essenziale per la vita: alcune proteine ​​rare sono cruciali.) Questa connessione tra abbondanza e robustezza supporta un'idea che Drummond ha avanzato una decina di anni fa, riguardo alla proteina cellulare- la tendenza delle macchine a commettere errori occasionali. Un errore di solito destabilizza una proteina. Se quella proteina è comune, prodotta da centinaia o migliaia in una cellula ogni giorno, le copie mal ripiegate fatte in grandi quantità potrebbero ostruire fatalmente la cellula. Sarebbe opportuno che un organismo sviluppasse versioni di proteine ​​comuni con una stabilità extra incorporata, e i dati del team di Picotti sembrano riflettere questo.

Per esplorare quali qualità rendono una proteina stabile al calore, i ricercatori hanno confrontato i dati di E. coli e T. termofilo. E. coli le proteine ​​iniziarono a sfaldarsi a 40 gradi Celsius e si erano per lo più degradate di 70 gradi Celsius. Ma a quella temperatura, T. termofilo le proteine ​​stavano appena iniziando a diventare scomode: alcune di esse continuavano a mantenere la loro forma fino ad almeno 90 gradi Celsius. Il team ha scoperto che T. termofilo le proteine ​​tendevano ad essere più corte e certi tipi di forme e componenti spuntavano più spesso nelle proteine ​​più stabili.

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Questi risultati potrebbero aiutare i ricercatori a progettare proteine ​​con stabilità attentamente sintonizzate sulle loro esigenze. In molti processi industriali che coinvolgono i batteri, ad esempio, l'aumento della temperatura aumenta la resa, ma in poco tempo i batteri muoiono per il trauma del calore. Sarà interessante vedere se possiamo stabilizzare un batterio rendendo quelle poche proteine ​​che si disintegrano presto più resistenti alla temperatura, ha detto Picotti.

Al di là di tutte queste osservazioni, tuttavia, alcuni biologi hanno particolarmente entusiasmato la ricchezza di informazioni del gruppo sulla facilità di dispiegamento di ciascuna proteina. La stabilità di una proteina è una misura diretta della probabilità di formare aggregati: gruppi di proteine ​​spiegate che si attaccano l'una all'altra. Gli aggregati, spesso un incubo per la cellula, possono interferire con le attività essenziali. Ad esempio, sono implicati in alcune gravi condizioni neurologiche, come il morbo di Alzheimer, in cui placche di proteine ​​denaturate si accumulano nel cervello.

Ma ciò non significa che l'aggregazione si verifica solo in individui che soffrono di queste condizioni. Al contrario, gli investigatori si stanno rendendo conto che potrebbe accadere continuamente, senza evidenti fattori di stress, e che una cellula sana ha modi per affrontarlo. "Penso che questo sia sempre più riconosciuto come un fenomeno molto comune", ha affermato Michele Vendruscolo, biochimico dell'Università di Cambridge. “La maggior parte delle proteine ​​in realtà si ripiega e si aggrega in modo errato nell'ambiente cellulare. L'informazione più fondamentale ottenuta da Picotti riguarda la frazione di tempo in cui una data proteina si trova nel suo stato dispiegato. Questa frazione determina il grado in cui si aggregherà”. Alcune proteine ​​non si dispiegano e si aggregano quasi mai, altre lo fanno solo in determinate situazioni e altre ancora lo fanno costantemente. Le informazioni dettagliate del nuovo documento renderanno molto più facile studiare il motivo per cui esistono queste differenze e cosa significano, ha affermato. Alcune delle curve di denaturazione mostrano persino schemi che suggeriscono che le proteine ​​si stavano aggregando dopo che si sono dispiegate. "Sono stati in grado di monitorare entrambi i passaggi, sia lo svolgimento che le successive aggregazioni", ha affermato Vendruscolo. "Questa è l'eccitazione di questo studio."

Mentre molti scienziati sono interessati agli aggregati a causa dei danni che provocano, alcuni stanno pensando al fenomeno da un'altra angolazione. Drummond ha affermato che è diventato chiaro che alcuni aggregati non sono solo cumuli di spazzatura che galleggiano intorno alla cellula, ma contengono proteine ​​attive che continuano a fare il loro lavoro.

Immagina di vedere da lontano il fumo che fuoriesce da un edificio, ha detto. Tutt'intorno ci sono forme che prendi come corpi, trascinati dalle macerie. Ma se ti avvicini, potresti scoprire che in realtà sono persone vive, che sono fuggite dall'edificio in fiamme e stanno aspettando che passi l'emergenza. Questo è ciò che sta accadendo nello studio degli aggregati, ha detto Drummond: i ricercatori stanno scoprendo che invece di essere vittime, le proteine ​​negli aggregati possono a volte essere sopravvissute. "In effetti, c'è un intero campo che sta esplodendo", ha detto.

Piuttosto che essere solo un segno di danno, l'aggregazione può servire come un modo per le proteine ​​di preservare la loro funzione quando il gioco si fa duro. Potrebbe aiutarli a proteggerli dall'ambiente circostante, per esempio. E quando le condizioni migliorano, le proteine ​​potrebbero lasciare gli aggregati e ripiegarsi. "Hanno cambiamenti [di forma] sensibili alla temperatura che, se non guardi troppo da vicino, sembrano piegati male", ha detto Drummond. "Ma c'è qualcos'altro". In un 2015 Cellula carta, lui e i suoi collaboratori hanno identificato 177 proteine ​​di lievito che sembrano riacquistare la funzione dopo essere state rinchiuse in aggregati. In un articolo apparso lo scorso marzo, il suo team ha scoperto che l'alterazione di una di queste proteine ​​in modo che non potesse aggregarsi in realtà causava seri problemi alla cellula.

Tutto sommato, questo lavoro suggerisce che le proteine ​​sono strutture curiosamente dinamiche. All'inizio potrebbero sembrare macchine rigide, al lavoro su compiti fissi per i quali una forma specifica si adatta a loro. Ma in realtà, le proteine ​​possono trasformarsi in diverse forme nel corso del loro normale compito. E nel momento del bisogno, le loro forme possono alterarsi così radicalmente da sembrare che stiano per scadere, quando si stanno davvero fortificando. A livello molecolare, la vita può consistere nell'unirsi costantemente e nel cadere a pezzi.


Contenuti

Nei primi esperimenti sulla citotossicità cellulo-mediata contro le cellule tumorali bersaglio, sia in pazienti affetti da cancro che in modelli animali, i ricercatori hanno costantemente osservato quella che è stata definita una reattività "naturale", ovvero una certa popolazione di cellule sembrava essere in grado di lisare le cellule tumorali senza avere stati precedentemente sensibilizzati ad essi. Il primo studio pubblicato per affermare che le cellule linfoidi non trattate erano in grado di conferire un'immunità naturale ai tumori è stato eseguito dal Dr. Henry Smith presso l'Università di Leeds School of Medicine nel 1966, [10] portando alla conclusione che il "fenomeno appare[ ndr] per essere un'espressione di meccanismi di difesa alla crescita tumorale presenti nei topi normali." Anche altri ricercatori avevano fatto osservazioni simili, ma poiché queste scoperte erano incoerenti con il modello stabilito all'epoca, molti inizialmente consideravano queste osservazioni come artefatti. [11]

Nel 1973, l'attività di "uccisione naturale" è stata stabilita in un'ampia varietà di specie ed è stata postulata l'esistenza di un lignaggio separato di cellule in possesso di questa capacità. La scoperta che un unico tipo di linfocita era responsabile della citotossicità "naturale" o spontanea è stata fatta nei primi anni '70 dal dottorando Rolf Kiessling e dal borsista postdottorato Hugh Pross, nel topo, [12] e da Hugh Pross e dal dottorando Mikael Jondal nell'umano. [13] [14] Il lavoro sui topi e sull'uomo è stato svolto sotto la supervisione dei professori Eva Klein e Hans Wigzell, rispettivamente, del Karolinska Institute, Stoccolma. La ricerca di Kiessling riguardava la capacità ben caratterizzata dei linfociti T di lisare le cellule tumorali contro le quali erano stati precedentemente immunizzati. Pross e Jondal stavano studiando la citotossicità cellulo-mediata nel sangue umano normale e l'effetto della rimozione di varie cellule portatrici di recettori su questa citotossicità. Più tardi nello stesso anno, Ronald Herberman pubblicò dati simili riguardo alla natura unica della cellula effettrice del topo. [15] I dati umani sono stati confermati, per la maggior parte, da West et al. [16] utilizzando tecniche simili e la stessa linea cellulare bersaglio eritroleucemica, K562. K562 è altamente sensibile alla lisi da parte delle cellule NK umane e, nel corso dei decenni, il test di rilascio di cromo K562 51 è diventato il test più comunemente usato per rilevare l'attività funzionale delle NK umane. [17] Il suo uso quasi universale ha fatto sì che i dati sperimentali possano essere confrontati facilmente da diversi laboratori in tutto il mondo.

Usando la centrifugazione a densità discontinua, e successivamente gli anticorpi monoclonali, la capacità di uccisione naturale è stata mappata al sottoinsieme di grandi linfociti granulari noti oggi come cellule NK. La dimostrazione che i grandi linfociti granulari isolati in gradiente di densità erano responsabili dell'attività NK umana, fatta da Timonen e Saksela nel 1980, [18] è stata la prima volta che le cellule NK sono state visualizzate al microscopio ed è stata un'importante svolta nel campo.

Le cellule NK possono essere classificate come CD56 luminose o CD56 deboli. [19] [20] [3] Le cellule NK luminose CD56 sono simili alle cellule T helper nell'esercitare la loro influenza rilasciando citochine. [20] Le cellule NK luminose CD56 costituiscono la maggior parte delle cellule NK e si trovano nel midollo osseo, nel tessuto linfoide secondario, nel fegato e nella pelle. [3] Le cellule NK CD56 dim si trovano principalmente nel sangue periferico, [3] e sono caratterizzate dalla loro capacità di uccidere le cellule. [20] Le cellule NK CD56 dim sono sempre CD16 positive (CD16 è il mediatore chiave della citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC). [20] CD56 bright può passare a CD56 dim acquisendo CD16. [3]

Le cellule NK possono eliminare le cellule infettate da virus tramite ADCC mediato da CD16. [21] Tutti i pazienti con malattia da coronavirus 2019 (COVID-19) mostrano cellule NK luminose CD56 impoverite, ma CD56 dim è esaurito solo nei pazienti con COVID-19 grave. [21]

I recettori delle cellule NK possono anche essere differenziati in base alla funzione. I recettori naturali della citotossicità inducono direttamente l'apoptosi (morte cellulare) dopo il legame al ligando Fas che indica direttamente l'infezione di una cellula. I recettori MHC-indipendenti (descritti sopra) utilizzano un percorso alternativo per indurre l'apoptosi nelle cellule infette. L'attivazione delle cellule natural killer è determinata dall'equilibrio tra stimolazione inibitoria e attivante del recettore. Ad esempio, se il segnale del recettore inibitorio è più prominente, l'attività delle cellule NK sarà inibita in modo simile, se il segnale di attivazione è dominante, ne risulterà l'attivazione delle cellule NK. [22]

I tipi di recettori delle cellule NK (con membri inibitori e alcuni attivanti) sono differenziati per struttura, con alcuni esempi da seguire:

Recettori attivanti Modifica

  • Ly49(omodimeri), recettori della famiglia delle lectine di tipo C relativamente antichi, sono di presenza multigenica nei topi, mentre gli esseri umani hanno un solo Ly49 pseudogenico, il recettore per le molecole MHC I classiche (polimorfiche).
  • NCR (recettori naturali di citotossicità), proteine ​​transmembrana di tipo 1 della superfamiglia delle immunoglobuline, su stimolazione mediano l'uccisione di NK e il rilascio di IFNγ. Legano ligandi virali come emoagglutinine ed emoagglutinine neuraminidasi, alcuni ligandi batterici e ligandi cellulari correlati alla crescita tumorale come il PCNA.
  • CD16 (FcγIIIA) svolge un ruolo nella citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente in particolare, si legano all'immunoglobulina G.

Recettori inibitori Modifica

    (KIR) appartengono a una famiglia multigenica di recettori di dominio extracellulare simili a Ig più recentemente evoluti, sono presenti nei primati non umani e sono i principali recettori sia per l'MHC I classico (HLA-A, HLA-B, HLA-C) che per quello non classico. Mamu-G (HLA-G) nei primati. Alcuni KIR sono specifici per alcuni sottotipi di HLA. La maggior parte dei KIR sono inibitori e dominanti. Le cellule regolari esprimono MHC di classe 1, quindi sono riconosciute dai recettori KIR e l'uccisione delle cellule NK è inibita. [5]
  • CD94/NKG2 (eterodimeri), un recettore della famiglia delle lectine di tipo C, è conservato sia nei roditori che nei primati e identifica molecole MHC I non classiche (anche non polimorfiche) come HLA-E. L'espressione di HLA-E sulla superficie cellulare dipende dalla presenza di epitopi peptidici non ameri derivati ​​dalla sequenza segnale delle classiche molecole MHC di classe I, che è generata dall'azione sequenziale della peptidasi segnale peptidasi e del proteasoma. Sebbene indiretto, questo è un modo per rilevare i livelli delle molecole HLA classiche (polimorfe).
  • ILT o LIR (recettore simile alle immunoglobuline) — sono stati recentemente scoperti membri della famiglia dei recettori Ig.
  • Ly49 (omodimeri) hanno isoforme sia attivanti che inibitorie. Sono altamente polimorfici a livello di popolazione sebbene strutturalmente non siano correlati ai KIR, sono gli omologhi funzionali dei KIR nei topi, incluso il modello di espressione. I Ly49 sono recettori per le molecole MHC I classiche (polimorfiche).

Apoptosi cellulare mediata da granuli citolitici Modifica

Le cellule NK sono piccoli granuli citotossici che nel loro citoplasma contengono proteine ​​come la perforina e le proteasi note come granzimi. Dopo il rilascio in prossimità di una cellula destinata all'uccisione, la perforina forma pori nella membrana cellulare della cellula bersaglio, creando un canale acquoso attraverso il quale i granzimi e le molecole associate possono entrare, inducendo l'apoptosi o la lisi cellulare osmotica. La distinzione tra apoptosi e lisi cellulare è importante in immunologia: la lisi di una cellula infetta da virus potrebbe potenzialmente rilasciare i virioni, mentre l'apoptosi porta alla distruzione del virus all'interno. Anche le α-defensine, molecole antimicrobiche, sono secrete dalle cellule NK e uccidono direttamente i batteri distruggendo le loro pareti cellulari in modo analogo a quello dei neutrofili. [5]

Citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente (ADCC) Modifica

Le cellule infette vengono regolarmente opsonizzate con anticorpi per il rilevamento da parte delle cellule immunitarie. Gli anticorpi che si legano agli antigeni possono essere riconosciuti dai recettori FcγRIII (CD16) espressi sulle cellule NK, con conseguente attivazione di NK, rilascio di granuli citolitici e conseguente apoptosi cellulare. Questo è un importante meccanismo di uccisione di alcuni anticorpi monoclonali come rituximab (Rituxan), ofatumumab (Azzera) e altri. Il contributo della citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente all'uccisione delle cellule tumorali può essere misurato con un test specifico che utilizza NK-92, una linea immortale di cellule NK-like autorizzate da NantKwest, Inc.: la risposta delle cellule NK-92 che sono stati trasfettati con un recettore Fc ad alta affinità sono confrontati con quello del "wild type" NK-92 che non esprime il recettore Fc. [23]

Attivazione di NK indotta da citochine e linfociti T citotossici (CTL) Modifica

Le citochine svolgono un ruolo cruciale nell'attivazione delle cellule NK. Trattandosi di molecole di stress rilasciate dalle cellule in seguito a infezione virale, servono a segnalare alla cellula NK la presenza di agenti patogeni virali nell'area interessata. Le citochine coinvolte nell'attivazione di NK includono IL-12, IL-15, IL-18, IL-2 e CCL5. Le cellule NK vengono attivate in risposta a interferoni o citochine derivate dai macrofagi. Servono a contenere le infezioni virali mentre la risposta immunitaria adattativa genera cellule T citotossiche antigene-specifiche che possono eliminare l'infezione. Le cellule NK lavorano per controllare le infezioni virali secernendo IFNγ e TNFa. L'IFNγ attiva i macrofagi per la fagocitosi e la lisi e il TNFα agisce per promuovere l'uccisione diretta delle cellule tumorali NK. I pazienti carenti di cellule NK si dimostrano altamente suscettibili alle prime fasi dell'infezione da virus dell'herpes.

Manca l'ipotesi del "sé" Modifica

Affinché le cellule NK difendano il corpo da virus e altri agenti patogeni, richiedono meccanismi che consentano di determinare se una cellula è infetta o meno. I meccanismi esatti rimangono oggetto di indagine attuale, ma si pensa che sia coinvolto il riconoscimento di uno stato di "sé alterato". Per controllare la loro attività citotossica, le cellule NK possiedono due tipi di recettori di superficie: recettori di attivazione e recettori inibitori, compresi i recettori simili alle immunoglobuline delle cellule killer. La maggior parte di questi recettori non è esclusiva delle cellule NK e può essere presente anche in alcuni sottoinsiemi di cellule T.

I recettori inibitori riconoscono gli alleli MHC di classe I, il che potrebbe spiegare perché le cellule NK uccidono preferenzialmente le cellule che possiedono bassi livelli di molecole MHC di classe I. Questa modalità di interazione con il bersaglio delle cellule NK è nota come "autoriconoscimento mancante", un termine coniato da Klas Kärre e collaboratori alla fine degli anni '90. Le molecole MHC di classe I sono il principale meccanismo attraverso il quale le cellule mostrano antigeni virali o tumorali alle cellule T citotossiche. Un adattamento evolutivo comune a questo è visto sia nei microbi intracellulari che nei tumori: la sottoregolazione cronica delle molecole MHC I, che rende le cellule colpite invisibili ai linfociti T, consentendo loro di eludere l'immunità mediata dalle cellule T. Le cellule NK apparentemente si sono evolute come risposta evolutiva a questo adattamento (la perdita dell'MHC elimina l'azione di CD4/CD8, quindi un'altra cellula immunitaria si è evoluta per svolgere la funzione). [24]

Sorveglianza delle cellule tumorali Modifica

Le cellule natural killer spesso mancano di recettori di superficie cellulare specifici per l'antigene, quindi fanno parte dell'immunità innata, cioè. in grado di reagire immediatamente senza alcuna precedente esposizione al patogeno. Sia nei topi che nell'uomo, si può osservare che le NK svolgono un ruolo nell'immunosorveglianza del tumore inducendo direttamente la morte delle cellule tumorali (le NK agiscono come linfociti effettori citolitici), anche in assenza di molecole di adesione superficiale e peptidi antigenici. Questo ruolo delle cellule NK è fondamentale per il successo immunitario, in particolare perché le cellule T non sono in grado di riconoscere i patogeni in assenza di antigeni di superficie. [2] Il rilevamento delle cellule tumorali determina l'attivazione delle cellule NK e la conseguente produzione e rilascio di citochine.

Se le cellule tumorali non causano infiammazione, saranno anche considerate autonome e non indurranno una risposta delle cellule T. Un certo numero di citochine sono prodotte dalle NK, incluso il fattore di necrosi tumorale α (TNFα), IFNγ e interleuchina (IL-10). TNFa e IL-10 agiscono rispettivamente come proinfiammatori e immunosoppressori. L'attivazione delle cellule NK e la successiva produzione di cellule effettrici citolitiche ha un impatto su macrofagi, cellule dendritiche e neutrofili, che successivamente consentono risposte delle cellule T e B antigene-specifiche. Invece di agire tramite recettori antigene-specifici, la lisi delle cellule tumorali da parte delle cellule NK è mediata da recettori alternativi, inclusi NKG2D, NKp44, NKp46, NKp30 e DNAM. [22] NKG2D è un omodimero legato al disolfuro che riconosce un certo numero di ligandi, inclusi ULBP e MICA, che sono tipicamente espressi sulle cellule tumorali. Il ruolo dell'interfaccia cellula dendritica-cellule NK in immunobiologia è stato studiato e definito come critico per la comprensione del complesso sistema immunitario. [ citazione necessaria ]

Le cellule NK, insieme ai macrofagi e a molti altri tipi di cellule, esprimono la molecola del recettore Fc (FcR) (FC-gamma-RIII = CD16), un recettore biochimico attivante che lega la porzione Fc degli anticorpi di classe IgG. Ciò consente alle cellule NK di colpire le cellule contro le quali è stata attraversata una risposta umorale e di lisare le cellule attraverso la citotossicità anticorpo-dipendente (ADCC). Questa risposta dipende dall'affinità del recettore Fc espresso sulle cellule NK, che può avere un'affinità alta, intermedia e bassa per la porzione Fc dell'anticorpo. Tale affinità è determinata dall'aminoacido in posizione 158 della proteina, che può essere fenilalanina (allele F) o valina (allele V). Gli individui con FcRgammRIII ad alta affinità (allele 158 V/V) rispondono meglio alla terapia con anticorpi. Ciò è stato dimostrato per i pazienti con linfoma che hanno ricevuto l'anticorpo Rituxan. I pazienti che esprimono l'allele 158 V/V hanno avuto una migliore risposta antitumorale. Solo il 15-25% della popolazione esprime l'allele 158 V/V. Per determinare il contributo ADCC degli anticorpi monoclonali, le cellule NK-92 (una linea cellulare NK "pura") sono state trasfettate con il gene per l'FcR ad alta affinità.

Liquidazione delle cellule senescenti Modifica

Le cellule natural killer (cellule NK) e i macrofagi svolgono un ruolo importante nella clearance delle cellule senescenti. [25] Le cellule natural killer uccidono direttamente le cellule senescenti e producono citochine che attivano i macrofagi che rimuovono le cellule senescenti. [25]

Le cellule natural killer possono utilizzare i recettori NKG2D per rilevare le cellule senescenti e uccidere quelle cellule utilizzando la proteina citolitica che forma i pori della perforina. [26] I linfociti T citotossici CD8+ utilizzano anche i recettori NKG2D per rilevare le cellule senescenti e promuovere l'uccisione simile alle cellule NK. [26]

Caratteristiche adattive delle cellule NK: cellule NK "simili alla memoria", "adattive" e di memoria Modifica

La capacità di generare cellule di memoria a seguito di un'infezione primaria e la conseguente rapida attivazione immunitaria e risposta alle successive infezioni da parte dello stesso antigene è fondamentale per il ruolo che le cellule T e B svolgono nella risposta immunitaria adattativa.Per molti anni, le cellule NK sono state considerate parte del sistema immunitario innato. Tuttavia, prove in aumento di recente suggeriscono che le cellule NK possono mostrare diverse caratteristiche che sono solitamente attribuite alle cellule immunitarie adattative (ad esempio le risposte delle cellule T) come l'espansione e la contrazione dinamica dei sottoinsiemi, l'aumento della longevità e una forma di memoria immunologica, caratterizzata da un più potente risposta al challenge secondario con lo stesso antigene. [27] [28] Nei topi, la maggior parte della ricerca è stata condotta con il citomegalovirus murino (MCMV) e in modelli di reazioni di ipersensibilità agli aptene. In particolare, nel modello MCMV, sono state scoperte funzioni di memoria protettiva delle cellule NK indotte da MCMV [29] e il riconoscimento diretto del ligando MCMV m157 da parte del recettore Ly49 si è dimostrato cruciale per la generazione di risposte adattative delle cellule NK. [29] Negli esseri umani, la maggior parte degli studi si è concentrata sull'espansione di un sottoinsieme di cellule NK che trasportano il recettore attivante NKG2C (KLRC2). Tali espansioni sono state osservate principalmente in risposta al citomegalovirus umano (HCMV), [30] ma anche in altre infezioni tra cui Hantavirus, virus Chikungunya, HIV o epatite virale. Tuttavia, se queste infezioni virali innescano l'espansione delle cellule NK adattative NKG2C+ o se altre infezioni provocano la riattivazione dell'HCMV latente (come suggerito per l'epatite [31]), rimane un campo di studio. In particolare, ricerche recenti suggeriscono che le cellule NK adattative possono utilizzare il recettore attivante NKG2C (KLRC2) per legarsi direttamente agli antigeni peptidici derivati ​​dal citomegalovirus umano e rispondere al riconoscimento del peptide con attivazione, espansione e differenziazione, [32] un meccanismo di risposta al virus infezioni che in precedenza erano note solo per le cellule T del sistema immunitario adattativo.

Funzione delle cellule NK in gravidanza Modifica

Poiché la maggior parte delle gravidanze coinvolge due genitori che non sono compatibili con i tessuti, una gravidanza di successo richiede la soppressione del sistema immunitario della madre. Si pensa che le cellule NK siano un tipo di cellula importante in questo processo. [33] Queste cellule sono note come "cellule NK uterine" (cellule uNK) e differiscono dalle cellule NK periferiche. Sono nel sottoinsieme delle cellule NK luminose CD56, potenti nella secrezione di citochine, ma con una bassa capacità citotossica e relativamente simili alle cellule NK luminose CD56 periferiche, con un profilo recettoriale leggermente diverso. [33] Queste cellule uNK sono i leucociti più abbondanti presenti in utero all'inizio della gravidanza, che qui rappresentano circa il 70% dei leucociti, ma da dove provengono rimane controverso. [34]

Queste cellule NK hanno la capacità di suscitare citotossicità cellulare in vitro, ma a un livello inferiore rispetto alle cellule NK periferiche, nonostante contenga perforina. [35] Mancanza di citotossicità in vivo può essere dovuto alla presenza di ligandi per i loro recettori inibitori. Le cellule del trofoblasto sottoregolano HLA-A e HLA-B per difendersi dalla morte mediata dalle cellule T citotossiche. Ciò normalmente attiverebbe le cellule NK mancando il riconoscimento di sé, tuttavia queste cellule sopravvivono. Si pensa che la ritenzione selettiva di HLA-E (che è un ligando per il recettore inibitorio delle cellule NK NKG2A) e HLA-G (che è un ligando per il recettore inibitorio delle cellule NK KIR2DL4) da parte del trofoblasto lo difenda dalla morte mediata dalle cellule NK. [33]

Le cellule NK uterine non hanno mostrato differenze significative nelle donne con aborto spontaneo ricorrente rispetto ai controlli. Tuttavia, percentuali di cellule NK periferiche più elevate si verificano nelle donne con aborti ricorrenti rispetto ai gruppi di controllo. [36]

Le cellule NK secernono un alto livello di citochine che aiutano a mediare la loro funzione. Le cellule NK interagiscono con HLA-C per produrre citochine necessarie per la proliferazione trofoblastica. Alcune importanti citochine che secernono includono TNF-α, IL-10, IFN-γ, GM-CSF e TGF-β, tra gli altri. [33] Ad esempio, l'IFN-γ dilata e assottiglia le pareti delle arterie a spirale materne per migliorare il flusso sanguigno al sito di impianto. [37]

Evasione delle cellule NK da parte delle cellule tumorali Modifica

Spargendo ligandi solubili NKG2D esca, le cellule tumorali possono evitare le risposte immunitarie. Questi ligandi solubili NKG2D si legano ai recettori NKG2D delle cellule NK, attivando una falsa risposta NK e creando di conseguenza competizione per il sito del recettore. [2] Questo metodo di evasione si verifica nel cancro alla prostata. Inoltre, i tumori del cancro alla prostata possono eludere il riconoscimento delle cellule CD8 a causa della loro capacità di sottoregolare l'espressione delle molecole MHC di classe 1. Questo esempio di evasione immunitaria evidenzia effettivamente l'importanza delle cellule NK nella sorveglianza e nella risposta del tumore, poiché le cellule CD8 possono di conseguenza agire solo sulle cellule tumorali in risposta alla produzione di citochine avviata da NK (risposta immunitaria adattativa). [38]

Cellule NK eccessive Modifica

I trattamenti sperimentali con le cellule NK hanno provocato un'eccessiva produzione di citochine e persino uno shock settico. L'esaurimento dell'interferone gamma della citochina infiammatoria ha invertito l'effetto. [ citazione necessaria ]

Terapia antitumorale Modifica

Poiché le cellule NK riconoscono le cellule bersaglio quando esprimono antigeni HLA non self (ma non self), le infusioni di cellule NK autologhe (proprie dei pazienti) non hanno mostrato alcun effetto antitumorale. Invece, i ricercatori stanno lavorando sull'utilizzo di cellule allogeniche dal sangue periferico, il che richiede che tutte le cellule T vengano rimosse prima dell'infusione nei pazienti per eliminare il rischio di malattia del trapianto contro l'ospite, che può essere fatale. Ciò può essere ottenuto utilizzando una colonna immunomagnetica (CliniMACS). Inoltre, a causa del numero limitato di cellule NK nel sangue (solo il 10% dei linfociti sono cellule NK), il loro numero deve essere ampliato in coltura. Questo può richiedere alcune settimane e il rendimento dipende dal donatore. Un modo più semplice per ottenere un numero elevato di cellule NK pure è espandere le cellule NK-92 le cui cellule crescono continuamente in coltura e possono essere espanse a numeri di grado clinico in sacche o bioreattori. [39] Studi clinici hanno dimostrato che è ben tollerato e sono state osservate alcune risposte antitumorali in pazienti con cancro ai polmoni, melanoma e linfoma. [40] [41] Tuttavia, ci sono limitazioni significative associate all'immunoterapia NK-92, poiché la linea cellulare è stata derivata da un paziente con linfoma non Hodgkin e quindi deve essere irradiata prima dell'infusione, limitando così la persistenza in vivo. Inoltre, le cellule NK-92 mancano di CD-16, il che le rende incapaci di eseguire l'ADCC, impedendo a questa terapia di essere utilizzata in combinazione con terapie con anticorpi monoclonali. [42] Possono, tuttavia, essere progettati per includere CD16, consentendo così la funzione ADCC e ampliando la loro potenziale utilità terapeutica.

Le infusioni di cellule T progettate per esprimere un recettore chimerico dell'antigene (CAR) che riconosce una molecola di antigene sulle cellule leucemiche potrebbero indurre remissioni in pazienti con leucemia avanzata. Sono presenti sfide logistiche per l'espansione delle cellule T e i ricercatori stanno lavorando per applicare la stessa tecnologia alle cellule NK e NK-92 del sangue periferico. Le cellule NK-92 possono essere ingegnerizzate per includere sia CD16 che CAR per consentire loro di eseguire sia l'uccisione mediata da ADCC tramite anticorpi IgG1 sia l'uccisione mediata da CAR dalla stessa cellula. Una di queste linee cellulari derivate da NK-92 chiamata t-haNK è stata ingegnerizzata sia con CD16 che con un CAR anti-PD-L1 ed è attualmente in fase di sviluppo clinico per indicazioni oncologiche. NK-92.

In uno studio al Boston Children's Hospital, in coordinamento con il Dana-Farber Cancer Institute, in cui topi immunocompromessi avevano contratto linfomi da infezione da EBV, un recettore attivante NK chiamato NKG2D è stato fuso con una porzione Fc stimolante dell'anticorpo EBV. La fusione NKG2D-Fc si è dimostrata in grado di ridurre la crescita del tumore e prolungare la sopravvivenza dei riceventi. In un modello di trapianto di linfomi alimentati da LMP1, la fusione NKG2D-Fc si è dimostrata in grado di ridurre la crescita del tumore e prolungare la sopravvivenza dei riceventi.

Nel linfoma di Hodgkin, in cui le cellule maligne di Hodgkin Reed-Sternberg sono tipicamente carenti di HLA di classe I, l'evasione immunitaria è in parte mediata dall'inclinazione verso un fenotipo esaurito delle cellule NK PD-1hi, e la riattivazione di queste cellule NK sembra essere una meccanismo d'azione indotto dal blocco del checkpoint. [43]

Resistenza innata all'HIV Modifica

Ricerche recenti suggeriscono che interazioni specifiche del gene KIR-MHC di classe I potrebbero controllare la resistenza genetica innata a determinate infezioni virali, incluso l'HIV e il conseguente sviluppo dell'AIDS. [5] Alcuni allotipi HLA sono stati trovati per determinare la progressione dell'HIV all'AIDS, un esempio sono gli alleli HLA-B57 e HLA-B27, che sono stati trovati per ritardare la progressione dall'HIV all'AIDS. Ciò è evidente perché si osserva che i pazienti che esprimono questi alleli HLA hanno cariche virali inferiori e un declino più graduale del numero di cellule CD4 + T. Nonostante le considerevoli ricerche e i dati raccolti che misurino la correlazione genetica degli alleli HLA e degli allotipi KIR, non è stata ancora raggiunta una conclusione definitiva su quale combinazione fornisca una ridotta suscettibilità all'HIV e all'AIDS.

Le cellule NK possono imporre una pressione immunitaria sull'HIV, che in precedenza era stata descritta solo per le cellule T e gli anticorpi. [44] L'HIV muta per evitare il rilevamento delle cellule NK. [44]

Cellule NK residenti nei tessuti Modifica

La maggior parte delle nostre attuali conoscenze deriva da indagini su cellule NK spleniche di topo e del sangue periferico umano. Tuttavia, negli ultimi anni sono state descritte popolazioni di cellule NK residenti nei tessuti. [45] [46] Queste cellule NK residenti nei tessuti condividono la somiglianza trascrizionale con le cellule T di memoria residenti nei tessuti descritte in precedenza. Tuttavia, le cellule NK residenti nei tessuti non sono necessariamente del fenotipo della memoria e, di fatto, la maggior parte delle cellule NK residenti nei tessuti è funzionalmente immatura. [47] Questi sottoinsiemi specializzati di cellule NK possono svolgere un ruolo nell'omeostasi degli organi. Ad esempio, le cellule NK sono arricchite nel fegato umano con un fenotipo specifico e partecipano al controllo della fibrosi epatica. [48] ​​[49] Le cellule NK residenti nei tessuti sono state identificate anche in siti come il midollo osseo, la milza e, più recentemente, nei polmoni, nell'intestino e nei linfonodi. In questi siti, le cellule NK residenti nei tessuti possono fungere da serbatoio per mantenere le cellule NK immature nell'uomo per tutta la vita. [47]


Il coronavirus non può competere con il semplice e vecchio sapone: ecco la scienza dietro di esso

Questo è il modo in cui il sapone rimuove lo sporco e i batteri dalla pelle.

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Perché il sapone funziona così bene sul nuovo coronavirus e, in effetti, sulla maggior parte dei virus? Perché è una nanoparticella autoassemblata in cui l'anello più debole è il doppio strato lipidico (grasso).

Sembra scientifico. Lasciatemi spiegare.

Il sapone dissolve la membrana grassa e il virus cade a pezzi come un castello di carte e "muore", o meglio, diventa inattivo poiché i virus non sono realmente vivi. I virus possono essere attivi al di fuori del corpo per ore, anche giorni.

Disinfettanti o liquidi, salviette, gel e creme contenenti alcol (e sapone) hanno un effetto simile ma non sono buoni come i normali saponi. A parte l'alcol e il sapone, gli agenti antibatterici in quei prodotti non influiscono molto sulla struttura del virus. Di conseguenza, molti prodotti antibatterici sono fondamentalmente solo una versione costosa del sapone nel modo in cui agiscono sui virus. Il sapone è il migliore, ma le salviettine imbevute di alcol sono buone quando il sapone non è pratico o maneggevole, ad esempio nelle reception degli uffici.

&ldquo Il sapone supera le interazioni tra il virus e la superficie della pelle, e il virus si stacca e cade a pezzi come un castello di carte. &rdquo

Chimica supramolecolare

Ma perché, esattamente, il sapone è così buono? Per spiegarlo, ti guiderò attraverso un viaggio di chimica supramolecolare, nanoscienza e virologia. Cercherò di spiegarlo in termini generici, il che significa tralasciare termini chimici speciali. (Devo precisare che, pur essendo un esperto di chimica supramolecolare e di assemblaggio di nanoparticelle, non sono un virologo.)

Sono sempre stato affascinato dai virus, poiché li vedo come uno degli esempi più spettacolari di come la chimica supramolecolare e la nanoscienza convergono.

La maggior parte dei virus è costituita da tre elementi costitutivi chiave: RNA, proteine ​​e lipidi. L'RNA è il materiale genetico virale: è simile al DNA. Le proteine ​​​​hanno diversi ruoli, tra cui l'irruzione nella cellula bersaglio, l'assistenza alla replicazione del virus e fondamentalmente l'essere un elemento chiave (come un mattone in una casa) nella struttura del virus.

I lipidi formano quindi un rivestimento attorno al virus, sia per protezione che per favorire la sua diffusione e invasione cellulare. L'RNA, le proteine ​​e i lipidi si autoassemblano per formare il virus. Fondamentalmente, non ci sono forti legami "covalenti" che tengono insieme queste unità.

Invece, l'autoassemblaggio virale si basa su deboli interazioni "non covalenti" tra proteine, RNA e lipidi. Insieme, agiscono insieme come il velcro, quindi è difficile rompere la particella virale autoassemblata. Tuttavia, possiamo farlo - con il sapone!

La maggior parte dei virus, compreso il coronavirus, ha una dimensione compresa tra 50 e 200 nanometri, quindi sono veramente nanoparticelle. Le nanoparticelle hanno interazioni complesse con le superfici su cui si trovano, è lo stesso con i virus. Pelle, acciaio, legno, tessuto, pittura e porcellana sono superfici molto diverse.

Quando un virus invade una cellula, l'RNA "dirotta" il macchinario cellulare come un virus informatico e costringe la cellula a fare nuove copie del proprio RNA e delle varie proteine ​​che compongono il virus.

Queste nuove molecole di RNA e proteine ​​si autoassemblano con i lipidi (prontamente presenti nella cellula) per formare nuove copie del virus. Cioè, il virus non si fotocopia da solo, ma crea copie degli elementi costitutivi, che poi si autoassemblano in nuovi virus.

Tutti quei nuovi virus alla fine sopraffanno la cellula, che muore o esplode, rilasciando virus che poi infettano più cellule. Nei polmoni, i virus finiscono nelle vie aeree e nelle mucose.

Quando si tossisce, o soprattutto quando si starnutisce, minuscole goccioline dalle vie aeree possono volare fino a 30 piedi. Si pensa che quelli più grandi siano i principali portatori di coronavirus e possono andare almeno 7 piedi. Quindi, copri tosse e starnuti!

La pelle è una superficie ideale per i virus

Queste minuscole goccioline finiscono sulle superfici e si asciugano rapidamente. Ma i virus sono ancora attivi. Quello che succede dopo riguarda la chimica supramolecolare e il modo in cui le nanoparticelle autoassemblate (come i virus) interagiscono con il loro ambiente.

Ora è il momento di introdurre un potente concetto di chimica supramolecolare che dica efficacemente: le molecole simili sembrano interagire più fortemente tra loro rispetto a quelle dissimili. Legno, tessuto e pelle interagiscono abbastanza fortemente con i virus.

Contrasta questo con acciaio, porcellana e almeno alcune materie plastiche, come il teflon. Anche la struttura della superficie è importante. Più piatta è la superficie, meno il virus si "attaccherà" alla superficie. Le superfici più ruvide possono effettivamente separare il virus.

Allora perché le superfici sono diverse? Il virus è tenuto insieme da una combinazione di legami idrogeno (come quelli nell'acqua) e interazioni idrofile, o "simili ai grassi". La superficie delle fibre o del legno, ad esempio, può formare molti legami idrogeno con il virus.

Al contrario, acciaio, porcellana o teflon non formano un legame idrogeno con il virus. Quindi il virus non è fortemente legato a quelle superfici ed è abbastanza stabile.

Per quanto tempo rimane attivo il virus? Dipende. Si pensa che il nuovo coronavirus rimanga attivo su superfici favorevoli per ore, forse un giorno. Cosa rende il virus meno stabile? Umidità ("dissolve"), luce solare (luce UV) e calore (movimenti molecolari).

La pelle è una superficie ideale per un virus. È organico, ovviamente, e le proteine ​​e gli acidi grassi nelle cellule morte sulla superficie interagiscono con il virus attraverso entrambi i legami idrogeno e le interazioni idrofile "simili al grasso".

Quindi, quando tocchi una superficie d'acciaio con una particella di virus su di essa, si attaccherà alla tua pelle e, quindi, si trasferirà sulle tue mani. Ma tu non sei (ancora) infetto. Se ti tocchi il viso, però, il virus può essere trasferito.

E ora il virus è pericolosamente vicino alle vie aeree e alle membrane mucose dentro e intorno alla bocca e agli occhi. Quindi il virus può entrare e — voilà! — sei infetto. Cioè, a meno che il tuo sistema immunitario non uccida il virus.

Se il virus è nelle tue mani, puoi trasmetterlo stringendo la mano a qualcun altro. Baci, beh, è ​​abbastanza ovvio. Inutile dire che se qualcuno ti starnutisce in faccia, sei bloccato.

Quindi quanto spesso ti tocchi il viso? Si scopre che la maggior parte delle persone tocca il viso una volta ogni due o cinque minuti. Quindi sei ad alto rischio una volta che il virus ti viene in mano, a meno che non lavi via il virus attivo.

Quindi proviamo a lavarlo via con acqua semplice. Potrebbe funzionare. Ma l'acqua compete "solo" con le forti interazioni "simili a colla" tra la pelle e il virus tramite legami idrogeno. Il virus è appiccicoso e potrebbe non muoversi. L'acqua non basta.

Il sapone dissolve la struttura di un virus

L'acqua saponata è completamente diversa. Il sapone contiene sostanze simili al grasso note come anfifili, alcune strutturalmente simili ai lipidi nella membrana del virus. Le molecole di sapone “competino” con i lipidi nella membrana del virus. Questo è più o meno il modo in cui il sapone rimuove anche lo sporco normale della pelle (vedi grafico nella parte superiore di questo articolo).

Le molecole di sapone competono anche con molti altri legami non covalenti che aiutano le proteine, l'RNA ei lipidi a restare uniti. Il sapone sta effettivamente "dissolvendo" la colla che tiene insieme il virus. Aggiungi a questo tutta l'acqua.

Il sapone supera anche le interazioni tra il virus e la superficie della pelle. Ben presto il virus si stacca e cade a pezzi come un castello di carte per l'azione combinata dell'acqua e del sapone. Boom, il virus è sparito!

La pelle è ruvida e rugosa, motivo per cui hai bisogno di una discreta quantità di sfregamento e ammollo per assicurarti che il sapone raggiunga ogni angolo e fessura sulla superficie della pelle che potrebbe nascondere virus attivi.

I prodotti a base alcolica includono tutti i prodotti "disinfettanti" e "antibatterici" che contengono un'elevata percentuale di soluzione alcolica, in genere etanolo al 60%-80%, a volte con un po' di isopropanolo, acqua e un po' di sapone.

L'etanolo e altri tipi di alcol non solo formano facilmente legami idrogeno con il materiale virale ma, come solvente, sono più lipofili dell'acqua. Quindi, l'alcol dissolve la membrana lipidica e interrompe altre interazioni supramolecolari nel virus.

Tuttavia, è necessaria una concentrazione abbastanza elevata (forse più del 60%) dell'alcol per ottenere una rapida dissoluzione del virus. La vodka o il whisky (di solito il 40% di etanolo) non dissolveranno il virus così rapidamente. Nel complesso, l'alcol non è buono come il sapone in questo compito.

Quasi tutti i prodotti antibatterici contengono alcol e un po' di sapone, e questo aiuta a uccidere i virus. Ma alcuni includono anche agenti di uccisione batterica "attivi", come il triclosan. Quelli, tuttavia, non fanno praticamente nulla al virus.

L'alcol funziona — fino a un certo punto

Per riassumere, i virus sono quasi come nanoparticelle di grasso. Possono rimanere attivi per molte ore sulle superfici e poi essere rilevati al tocco. Poi arrivano al nostro viso e ci infettano perché la maggior parte di noi si tocca frequentemente il viso.

L'acqua non è efficace da sola nel lavare via il virus dalle nostre mani. I prodotti a base di alcol funzionano meglio. Ma niente batte il sapone: il virus si stacca dalla pelle e si sfalda facilmente nell'acqua saponata.

La chimica supramolecolare e la nanoscienza ci dicono molto non solo su come il virus si autoassembla in una minaccia attiva e funzionale, ma anche su come possiamo sconfiggere i virus con qualcosa di semplice come il sapone.

Palli Thordarson è professore alla School of Chemistry dell'Università del New South Wales, Sydney. Seguilo su Twitter e Facebook.


In che modo i linfociti citotossici uccidono le cellule tumorali?

Negli ultimi anni, l'immunoterapia del cancro è emersa come un'alternativa sicura ed efficace per il trattamento dei tumori che non rispondono ai trattamenti classici, compresi quelli con elevata aggressività. Nuovi immunomodulatori, come citochine, bloccanti di CTLA-4 (proteina 4 associata ai linfociti T citotossici) e PD-1 (proteina di morte cellulare programmata 1)/PD-L1 (ligando di morte programmata 1) e interazione o adozione terapia cellulare, sono stati sviluppati e approvati per il trattamento di carcinomi solidi ed ematologici. In questi scenari, i linfociti citotossici (CL), principalmente cellule T citotossiche (Tc) e cellule natural killer (NK), sono in ultima analisi responsabili dell'uccisione delle cellule tumorali e dell'eradicazione del tumore. Sono stati condotti studi approfonditi per valutare come le cellule Tc e NK si attivano e riconoscono la cellula cancerosa. Al contrario, pochi studi si sono concentrati sulle molecole effettrici utilizzate dai CL per uccidere le cellule tumorali durante l'immunosorveglianza e l'immunoterapia del cancro. In questo articolo vengono brevemente introdotte le due vie principali coinvolte nella morte delle cellule tumorali mediata da CL, l'esocitosi dei granuli (perforina e granzimi) e i ligandi della morte, seguite da una discussione critica delle molecole coinvolte nella morte cellulare durante l'immunosorveglianza e l'immunoterapia del cancro. Questa discussione copre anche le conseguenze inaspettate degli effetti proinfiammatori e di sopravvivenza dei granzimi e dei ligandi della morte e recenti prove sperimentali che indicano che la perforina e i granzimi dei CL possono attivare vie non apoptotiche di morte cellulare, superando i difetti dell'apoptosi e la chemioresistenza. Vengono anche discusse brevemente le conseguenze dell'apoptosi rispetto ad altre modalità di morte cellulare per un trattamento efficace del cancro modulando il sistema immunitario del paziente. Vedi tutti gli articoli in questa sezione CCR Focus, "Morte cellulare e terapia del cancro".


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Anticorpo: una molecola prodotta dalle cellule B per intrappolare particelle estranee e microbi. Di più

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Microbo: una cosa vivente così piccola che avresti bisogno di un microscopio per vederla. Di più

Recettore: una molecola sulla superficie di una cellula che risponde a molecole specifiche e riceve segnali chimici inviati da altre cellule.

Amico o nemico? Identificazione di invasori e banditi

Il corpo umano ha la capacità di riconoscere milioni di nemici diversi. La nostra "forza di difesa" incorporata è chiamata sistema immunitario. Diverse parti del sistema possono produrre cellule e potenti sostanze chimiche chiamate citochine. Queste cellule e citochine si accoppiano e distruggono batteri e altri invasori. Milioni e milioni di cellule del sistema immunitario sono organizzate in insiemi e sottoinsiemi. Questi gruppi di cellule passano informazioni avanti e indietro.

Le sostanze chimiche prodotte da queste cellule funzionano come un sistema di allarme interno. Il loro messaggio è semplice: “I germi sono qui. Uccidi i germi.”

Il sistema immunitario fa molto di più che proteggerci dalle infezioni. Può dire la differenza tra le cellule del corpo e quelle appartenenti agli invasori. Le cellule del sistema immunitario possono distinguere tra "sé" e "non sé".

Ogni cellula del nostro corpo porta molecole marcatrici speciali. Questi marcatori sono anche chiamati antigeni. Pubblicizzano "sé". Pensa a una tipica cella come a un'arancia ricoperta di stuzzicadenti nodosi e bandierine colorate.

Su una cellula reale, questi stuzzicadenti e bandiere sono frammenti di proteine ​​e altre molecole speciali. Uno o più di questi frammenti di proteine ​​dicono alle cellule cacciatrici e killer del sistema immunitario che tutto va bene. L'allarme suona quando i difensori immunitari incontrano una cellula o un microbo che non ha un marcatore "auto". Il sistema entra in azione per far fronte alla minaccia della malattia.

Memoria a lungo termine

Le cellule del sistema immunitario possono ricordare i combattimenti passati con virus e batteri che causano malattie. Il sistema mantiene un registro chimico di come ha riconosciuto ogni invasore. Queste speciali molecole proteiche sono chiamate anticorpi. Gli anticorpi sono molecole a forma di Y. Si adattano a un antigene specifico proprio come una chiave si inserisce in una serratura. Qualsiasi cellula o organismo che attiva il sistema immunitario è chiamato antigene (e di solito è un antigene non autonomo). Gli antigeni possono essere germi come virus o batteri. Oppure possono essere frammenti di quei germi.

Gli anticorpi si bloccano su un antigene. Servono come bandiera che contrassegna l'invasore per la distruzione. Successivamente, quando un microbo simile invade di nuovo, il corpo lo riconosce come un invasore. Il sistema immunitario entra in azione. L'obiettivo è distruggere l'antigene o il microbo invasore prima che possa svilupparsi in una nuova infezione.

Questo è il motivo per cui la maggior parte delle persone contrae la varicella o altre malattie infantili solo una volta. Il sistema immunitario ha combattuto una volta la lotta contro questi germi invasori. I vaccini funzionano allo stesso modo. Espongono il tuo corpo a pezzi o versioni indebolite dei germi e il tuo corpo impara a combatterli. I vaccini per il morbillo e la parotite aiutano i bambini a evitare del tutto la malattia. Il tuo corpo mantiene un registro chimico e ti protegge dal contrarre quelle malattie.


Guarda il video: Spugna con sapone (Dicembre 2022).