Le cellule del nostro corpo sono come città frenetiche, che funzionano grazie a un sistema alimentato dal ferro che utilizza il perossido di idrogeno (H₂O₂) non solo per ripulire i pasticci ma anche per inviare segnali critici. Normalmente funziona bene, ma in condizioni di stress, come un’infiammazione o un aumento del consumo di energia, lo stress ossidativo danneggia le cellule a livello genetico.
Questo perché ferro e H₂O₂ reagiscono nella cosiddetta reazione di Fenton, producendo radicali idrossilici, molecole distruttive che attaccano indiscriminatamente DNA e RNA. Ma c’è un problema. In presenza di anidride carbonica – quel fastidioso gas che sconvolge i sistemi climatici globali – le nostre cellule ottengono un’arma segreta sotto forma di bicarbonato che aiuta a mantenere equilibrati i livelli di pH.
Un team di chimici dell’Università dello Utah ha scoperto che il bicarbonato non agisce solo come tampone del pH ma altera anche la stessa reazione di Fenton nelle cellule. Invece di produrre radicali idrossilici caotici, la reazione produce invece radicali carbonato, che influenzano il DNA in modo molto meno dannoso, secondo Cynthia Burrows, illustre professoressa di chimica e autrice senior di uno studio pubblicato questa settimana su PNAS.
“Così tante malattie, così tante condizioni hanno lo stress ossidativo come componente della malattia. Ciò includerebbe molti tumori, in effetti tutte le malattie legate all’età, molte malattie neurologiche”, ha detto Burrows. “Stiamo cercando di comprendere la chimica fondamentale delle cellule sottoposte a stress ossidativo. Abbiamo imparato qualcosa sull’effetto protettivo della CO₂ che ritengo sia davvero profondo.”
I coautori includono Aaron Fleming, professore associato di ricerca, e il candidato al dottorato Justin Dingman, entrambi membri del Burrows Laboratory.
Senza bicarbonato o CO₂ presenti nelle reazioni sperimentali di ossidazione del DNA, anche la chimica è diversa. La specie di radicali liberi generata, il radicale idrossile, è estremamente reattiva e colpisce il DNA come un colpo di fucile, causando danni ovunque, ha detto Burrows.
Al contrario, le scoperte del suo team mostrano che la presenza di bicarbonato derivante dalla CO₂ disciolta modifica la reazione per produrre un radicale più lieve che colpisce solo la guanina, la G nel nostro codice genetico di quattro lettere.
“Come lanciare un dardo nel centro del bersaglio dove G è il centro del bersaglio”, ha detto Burrows. “Si scopre che il bicarbonato è un importante tampone all’interno delle cellule. Il bicarbonato si lega al ferro e cambia completamente la reazione di Fenton. Non si producono questi radicali super altamente reattivi che tutti studiano da decenni.”
Cosa significano questi risultati per la scienza? Potenzialmente molto.
Per cominciare, la scoperta del team mostra che le cellule sono molto più intelligenti di quanto si immaginasse in precedenza, il che potrebbe rimodellare il modo in cui comprendiamo lo stress ossidativo e il suo ruolo in malattie come il cancro o l’invecchiamento.
Ma ciò solleva anche la possibilità che molti scienziati che studiano il danno cellulare abbiano condotto esperimenti di laboratorio in modi che non riflettono il mondo reale, rendendo i loro risultati sospetti, ha detto Burrows. Chimici e biologi di tutto il mondo coltivano cellule in una coltura di tessuto in un’incubatrice impostata a 37 gradi centigradi, o temperatura corporea. In queste colture, i livelli di anidride carbonica aumentano al 5%, ovvero circa 100 volte più concentrati di quello presente nell’atmosfera.
L’elevata CO₂ ricrea l’ambiente in cui normalmente vivono le cellule mentre metabolizzano i nutrienti, tuttavia, viene persa quando i ricercatori iniziano i loro esperimenti fuori dall’incubatrice.
“Proprio come aprire una lattina di birra. Rilasci la CO₂ quando togli le cellule dall’incubatrice. È come fare esperimenti con un bicchiere di birra vecchio di un giorno. È piuttosto piatto. Ha perso la CO₂, il suo tampone di bicarbonato “, ha detto Burrows. “Non hai più la protezione della CO₂ per modulare la reazione ferro-acqua ossigenata.”
Lei ritiene che sia necessario aggiungere bicarbonato per garantire risultati affidabili da tali esperimenti.
“La maggior parte delle persone tralascia il bicarbonato/CO₂ quando studia l’ossidazione del DNA perché è difficile gestire il costante degassamento di CO₂”, ha detto Burrows. “Questi studi suggeriscono che per ottenere un quadro accurato del danno al DNA che si verifica nei normali processi cellulari come il metabolismo, i ricercatori devono stare attenti a imitare le condizioni adeguate della cellula e aggiungere bicarbonato, cioè il lievito!”
Burrows prevede che il suo studio potrebbe portare a risultati non desiderati che un giorno potrebbero avvantaggiare la ricerca in altri settori. Il suo laboratorio sta cercando nuovi finanziamenti dalla NASA, ad esempio, per studiare l’effetto della CO₂ sulle persone confinate in spazi chiusi, come all’interno di capsule spaziali e sottomarini.
“Ci sono astronauti in una capsula che vivono e respirano, ed espirano CO₂. Il problema è quanta CO₂ possono gestire in sicurezza nella loro atmosfera? Una delle cose che abbiamo scoperto è che, almeno in termini di coltura dei tessuti, La CO₂ ha un effetto protettivo da alcuni dei danni da radiazioni che questi astronauti potrebbero subire. Quindi quello che potresti voler fare è aumentare il livello di CO₂. Certamente non vorrai andare molto in alto, ma averlo leggermente più alto potrebbe effettivamente farlo UN effetto protettivo contro le radiazioni, che generano radicali idrossilici.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
