i benefici dell'oceano
La pandemia di coronavirus e la situazione insolita che ne deriva sono momenti particolarmente difficili. Paradossalmente, è anche un’opportunità per mettere in discussione la relazione tra la salute umana e l’ambiente che ci circonda…
L’Istituto di Oceanografia è naturalmente interessato alla relazione tra la nostra salute, l’oceano e la biodiversità preservata. Perché l’oceano è una fonte di soluzioni!
L’oceano ci guarisce, grazie alle molecole prodotte dagli organismi marini, e questo è solo l’inizio, perché gli organismi marini possono rapidamente svolgere un ruolo simile a quello dei loro cugini terrestri per secoli!
Gli organismi marini sono anche utilizzati come modelli di studio perché spesso hanno caratteristiche vicine all’organismo modello ideale (prolifica negli embrioni, lignaggio cellulare semplice e riproducibile, sviluppo embrionale spesso esterno, ecc.) Hanno portato a grandi scoperte nei vari campi della fisiologia, della medicina e della chimica, compresi diversi premi Nobel.
La buona salute quotidiana inizia con una dieta sana ed equilibrata. Ogni giorno, l’oceano fornisce alcuni degli elementi di cui il nostro metabolismo ha bisogno, ma la qualità dell’ambiente deve essere preservata!
Un oceano sano per un cibo sano
La salute richiede una dieta sufficiente ed equilibrata, compreso un apporto regolare di proteine, vitamine, lipidi, minerali e oligoelementi. L’oceano ci fornisce una buona parte di questi elementi che sono essenziali per il nostro metabolismo.
In tutto il mondo si consumano 20 kg di pesce all’anno per persona. Il 17% delle proteine animali consumate dall’uomo provengono dalla pesca e dall’acquacoltura. In Indonesia o nello Sri Lanka, forniscono almeno il 50% delle proteine animali consumate dalla popolazione. Questo mostra la grande sfida di preservare le risorse per la sicurezza alimentare e la salute! Purtroppo, a causa della pesca eccessiva, dell’inquinamento e della pesca illegale, gli stock ittici mondiali stanno diminuendo. Il 33% è sovrasfruttato (nel Mediterraneo, questo tasso raggiunge il 62%!) e il 35% del pesce pescato non arriva nel nostro piatto, uno spreco lungo tutta la catena, che non dobbiamo più tollerare. Se l’umanità deve rimanere in salute, è essenziale gestire le risorse in modo veramente sostenibile, a partire da ora. Ed è possibile!
Alcuni specialisti stimano che, se ben protetto e gestito, l’Oceano potrebbe fornire due terzi del fabbisogno mondiale di proteine, stimato in 500 milioni di tonnellate, entro il 2050.
Questo è possibile solo se l’oceano rimane un ambiente sano sia per gli organismi che per noi. L’oceano, straordinariamente robusto alle perturbazioni, è purtroppo a volte “superato” dall’inquinamento terrestre: pesticidi come il clordecone, metalli pesanti, inquinamento organico urbano, così come le questioni emergenti degli interferenti endocrini o delle nanoparticelle. A volte è il degrado degli ecosistemi a causare problemi di salute, come quando la morte dei coralli lascia il posto alle alghe e alla ciguatera tossica.
Per molto tempo, l’oceano è stato scambiato per una dispensa inesauribile e, allo stesso tempo, una pattumiera senza fondo. Oggi, dobbiamo prenderci cura di un ambiente estremamente vivace, che ci nutre e si prende cura di noi!
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L'oceano che guarisce
L’oceano è la culla della vita sul nostro pianeta. Ospita ancora una gamma di vita estremamente diversificata: 34 dei 36 phyla esistenti, 14 dei quali sono rimasti esclusivamente marini, 300.000 specie conosciute e ancora più specie sconosciute.
Le particolarità degli organismi marini li rendono una riserva inesplorata di vie terapeutiche per il futuro.
Gli esempi di molecole estratte da organismi viventi abbondano, utilizzate come agenti antitumorali, antimicrobici, antivirali, antinfiammatori, antidiabetici, antipertensivi, anticoagulanti e antiossidanti. Delle 145.000-150.000 sostanze naturali descritte, si stima che circa 25.000 prodotti di interesse farmacologico o cosmetico siano già stati ottenuti da organismi marini, più del 30% dei quali sono prodotti dalle spugne. Questo numero è aumentato negli ultimi decenni, suggerendo che molti nuovi rimedi saranno disponibili nel prossimo futuro.
Le condizioni a cui sono esposti gli animali marini (sì, in termini di biomassa, l’oceano è più il dominio degli animali, mentre l’ambiente terrestre è più quello delle piante) sono tanto diverse quanto originali. Negli abissi immersi nella notte eterna, gli ecosistemi si organizzano intorno alle sorgenti idrotermali. L’energia non viene più dal sole, ma dalla chimica di queste acque molto calde, cariche di zolfo e minerali. Nelle acque polari, i pesci e gli invertebrati possono sopportare temperature intorno a 0°C. E in tutto il mondo, gli animali fissati al fondo devono sviluppare un arsenale biologico per difendersi e preservare il loro spazio vitale, dato che non possono sfuggire ai predatori.
Per milioni di anni, l’ambiente marino e in particolare la barriera corallina sono stati in una corsa agli armamenti chimici! In un ambiente altamente competitivo, gli organismi producono metaboliti e mediatori chimici che giocano un ruolo fondamentale nella strutturazione e nel funzionamento degli ecosistemi, per esempio nella competizione per lo spazio, la colonizzazione delle superfici, la difesa contro la predazione, la seduzione per la riproduzione, ecc. Questi attrattori o repellenti sono di grande interesse in vari campi della chimica per la vita (salute umana e animale, cosmetica, fitofarmacia, vernici antivegetative…).
Il primo lavoro significativo nella chimica delle sostanze marine naturali fu quello del professor Werner Bergmann, nel 1951, che isolò da una spugna della Florida dei nucleosidi insoliti (elementi costitutivi degli acidi nucleici, DNA e RNA) che i farmacisti ebbero l’idea di utilizzare per progettare molecole antitumorali. Nel 1969, i ricercatori scoprirono in una gorgonia caraibica Plexaura homomalla grandi quantità di una prostaglandina (molecole capaci di causare o stimolare le contrazioni uterine) che l’industria farmaceutica stava lottando per sintetizzare. Oggi, la maggior parte delle molecole marine in sviluppo clinico sono destinate al trattamento dei tumori o alla lotta contro i virus.
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ANIMALI MARINI IN NOSTRO SOCCORSO
Più di mille composti isolati da organismi marini hanno dimostrato di avere effetti antivirali, e un recente studio ha scoperto che la griffithsin, una proteina isolata dalalga rossa del genere Griffithsia sp.… potrebbe essere un inibitore di alcuni coronavirus inibendo le loro proteine spike, che danno loro l’aspetto a corona, impedendo così il loro ingresso nelle cellule ospiti.
A partire dall’emoglobina di un verme marino, l’arenicola, che vive nella sabbia, la società di biotecnologia Hemarina ha sviluppato un “respiratore molecolare”, una molecola di origine marina che ha la proprietà di immagazzinare e trasportare l’ossigeno meglio dell’emoglobina umana (si lega 40 volte di più!). Questa molecola dovrebbe entrare in una fase di test su pazienti affetti dal coronavirus con l’obiettivo di trattare la sindrome da distress respiratorio legata al Covid-19, liberando così i respiratori artificiali per altri pazienti e alleggerendo i servizi ospedalieri. Questo respiratore molecolare potrebbe trovare altre applicazioni in casi molto specifici, come il trasporto di organi prima del trapianto.
La società marsigliese Coral Biome è interessata alla palitossina (prodotta dai coralli molli del genere Palythoa, ordine Zoantharia), una molecola altamente tossica utilizzata nel trattamento di alcuni tumori.
Numerosi composti, attualmente in sviluppo clinico per attività antitumorali, sono stati isolati dalle ascidie coloniali Didemnum molle, comuni invertebrati marini sessili (caratterizzati dal loro attaccamento a un supporto) che vivono all’interno della barriera corallina.
Circa 1.000 volte più efficace della morfina, un analgesico sintetizzato copiando una molecola presente nel veleno del cono Conus magus (un mollusco gasteropode marino) è particolarmente indicato per alleviare il dolore cronico intenso.
L’Oceano è quindi un’enorme biblioteca oltre che una farmacia. È essenziale riconoscere e valorizzare queste funzioni, ed evitare di vederle evaporare a causa del cambiamento climatico, del sovrasfruttamento delle specie e del degrado degli ecosistemi marini, guidati da una visione troppo miope concentrata sui profitti della pesca, degli idrocarburi e presto delle risorse minerali.
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Organismi marini come modelli per la scienza...
L’oceano fornisce modelli preziosi per la ricerca fondamentale e molti studi hanno portato a progressi decisivi in fisiologia, medicina e chimica. Non meno di tredici premi Nobel in medicina o chimica sono stati assegnati per lavori basati su organismi acquatici: pesci, cnidari come la medusa Aequorea victoria o il sifonoforo Physalia physalis, molluschi (bivalvi, cefalopodi, lumache di mare), crostacei (granchi), echinodermi (ricci di mare, stelle marine), persino protozoi…
Fu attraverso il suo lavoro sull’intestino degli anemoni o su una stella marina che Ilya Ilyich Mechnikov scoprì i fagociti e la fagocitosi (il processo con cui una cellula inghiotte e poi digerisce una sostanza estranea) nel 1883. Ha condiviso il premio Nobel per la fisiologia e la medicina del 1908 con Paul Ehrlich e da allora è stato considerato il padre dell’immunità cellulare.
Misurando i cambiamenti delle cariche elettriche e il modo in cui gli impulsi nervosi sono scambiati tra le cellule in una fibra nervosa molto grande di una specie di calamaroJohn Carew Eccles, Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Fielding Huxley furono pionieri nello studio della trasmissione degli impulsi nervosi e furono premiati congiuntamente con il premio Nobel per la fisiologia o la medicina nel 1963.
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E LA FONTE DI MOLTI PREMI NOBEL
Il riccio di mare è servito come modello per la scoperta di Otto von Warburg delle onde di calcio anti-polispermia (solo uno spermatozoo per ovocita). Per Eric Kandel e il suo lavoro sulle basi molecolari della memoria, era una lumaca di mare.
Studiando il ciclo cellulare delle uova di riccio di mare, Sir Tim Hunt ha scoperto le cicline e ha dimostrato che queste proteine, che si rompono durante le diverse fasi del ciclo cellulare, svolgono un ruolo cruciale nella sua regolazione, non solo negli echinodermi, ma anche nei vertebrati. Questa ricerca ebbe in seguito importanti implicazioni per lo studio delle molecole chiave coinvolte nello sviluppo del cancro (ciclina e chinasi) e valse a Timothy Hunt, Leland Hartwell e Paul M. Nurse il premio Nobel 2001 in fisiologia e medicina.
Il premio Nobel per la chimica 2008 è stato assegnato a Osamu Shimomura, Martin Chalfie e Roger Tsien per la scoperta di organi elettroluminescenti nel medusa Aequorea victoria di una proteina fluorescente verde (GFP) che brilla intensamente sotto la luce ultravioletta. Questa proteina ha veramente rivoluzionato le scienze della vita rendendo possibile tracciare, tra le altre cose, come i tumori cancerosi formano nuovi vasi sanguigni, come la malattia di Alzheimer uccide i neuroni del cervello e come le cellule infettate dall’HIV producono nuovi virus.
Questa proteina, sintetizzata dal 1994, è utilizzata nella ricerca medica. Gli scienziati sono ora in grado di modificare il gene che controlla la produzione di GFP per dare diverse colorazioni che ci permettono di studiare le proteine nel loro ambiente naturale e capire alcuni processi per migliorare la nostra conoscenza della complessa rete che è il cervello umano.
L’aequoreina, un’altra proteina estratta dalla medusa Aequorea victoria, è usata per misurare il calcio nel tessuto muscolare a livello delle terminazioni nervose.
La scoperta dell'anafilassi
Nell’estate del 1901, il principe Alberto Ier guidava la sua spedizione annuale nell’Atlantico dalle isole di Capo Verde alle Azzorre. Durante le campagne precedenti, con il dottor Jules Richard, suo stretto collaboratore, aveva avuto modo di osservare che i marinai manifestavano un dolore estremamente acuto, che poteva arrivare fino alla sincope, al contatto con una specie di medusa, uno cnidario pelagico chiamato physalia Physalia physalis. Pensò che probabilmente era coinvolto un veleno.
Charles Richet, professore alla facoltà di medicina di Parigi, e Paul Portier, assistente di fisiologia alla Sorbona, sono stati invitati a partecipare alla spedizione per isolare questo veleno e studiare questo fenomeno. Il lavoro svolto a bordo del secondo Princesse-Alice con le fisalie, poi al loro ritorno a Parigi, in particolare con gli anemoni Actinia equina e Anemonia ceraeLa prima fase dello studio, realizzata negli Stati Uniti, consisteva nell’iniettare estratti cnidari in cavie (cani e piccioni) con un intervallo sufficientemente lungo tra ogni iniezione e utilizzando basse dosi di tossine.
Invece di essere immuni, le cavie sono diventate sempre più sensibili, fino a morire. Richet e Portier pubblicarono la scoperta dell’anafilassi nel 1902 e la definirono come : ” Chiamiamo anafilattico, in opposizione al filattico, la proprietà di un veleno di diminuire piuttosto che aumentare l’immunità quando iniettato in dosi non letali». Questa scoperta pose le prime basi dell’allergologia (tutte le conoscenze relative alle reazioni provocate nell’organismo dall’introduzione di una sostanza estranea chiamata antigene) e valse a Charles Richet il premio Nobel per la fisiologia e la medicina del 1913.
Link al premio Nobel :
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1913/richet/lecture/
Sperimentando con estratti dai tentacoli di alcuni anemoni di mare, Richet e Portier hanno scoperto che i cani iniettati con l'estratto diventano eccessivamente sensibili all'azione di una seconda dose. Questi cani potrebbero essere uccisi da una quantità che era solo una frazione della dose fatale per un cane non trattato. Hanno chiamato questo stato di sensibilità anormale del soggetto all'azione di certe sostanze Anafilassi. ...] All'inizio ci fu molta sorpresa e incredulità, perché gli studiosi erano stati abituati a considerare la reazione di immunizzazione o di diminuzione della sensibilità come la risposta appropriata di un organismo all'iniezione di sostanze estranee. Era quindi sorprendente che potesse verificarsi il fenomeno esattamente opposto. Così le leggi dell'immunità furono completamente ribaltate.
Biomimetica e bioispirazione
La biomimetica e la “bioispirazione” (alcuni ricercatori ritengono che non copiamo la natura ma ci ispiriamo ad essa) sono approcci che consistono nello studio della natura nelle sue innumerevoli forme (animali, piante, funghi, microrganismi, ecosistemi). Offrono la possibilità di cambiare il modo in cui coltiviamo o alleviamo organismi, facciamo materiali, immagazziniamo informazioni, ci curiamo o produciamo energia. Le barriere coralline, in quanto comunità estremamente produttive, ricche di biodiversità e territorio di espressione di una moltitudine di mediatori chimici, costituiscono una preziosa fonte di ispirazione in termini di salute, per le nostre città contemporanee alla ricerca di soluzioni efficaci e sostenibili.
