Quando le spugne ci spiegano le malattie
Non tutte le polveri sono uguali, mentre alcune di esse dopo inalazione causano pochi problemi, altre sono terribilmente pericolose, come l’amianto o la silice cristallina. Differenti sono le malattie che si generano a seguito dell’esposizione a questi materiali. Da moltissimi anni, ad esempio, è noto che l’inalazione di polvere di silice cristallina determina lo scatenarsi di una reazione infiammatoria cronica a livello degli alveoli polmonari che ha come conseguenza finale l’insorgenza di una grave malattia professionale: la silicosi. Nel caso specifico, le cellule coinvolte nella prima risposta difensiva reagiscono producendo diversi mediatori cellulari e citochine, tra le quali il TNF (Tumor Necrosis Factor), che a loro volta inducono una imponente produzione di collagene a livello polmonare (fibrosi). Questa patologia ad oggi non ha una cura risolutiva, ma solo strumenti per mitigarne gli effetti e rallentarne gli esiti non di rado letali. Pur essendo evidenti le cause scatenanti, ancor oggi poco o per nulla chiari sono i motivi che causano queste risposte.
In questo contesto, ricerche di base condotte sulle spugne di mare presso il DISTAV stanno inaspettatamente dando possibili risposte ad alcuni di questi quesiti. Le spugne sono animali solo all’apparenza molto semplici: esse vivono in ambiente acquatico adese al substrato e hanno un’organizzazione del proprio corpo caratterizzata dall’assenza di tessuti e organi. Le poche tipologie cellulari che ne costituiscono la parte vivente sono immerse in una complessa matrice fatta da collagene o da proteine simili al collagene e spesso rafforzata da strutture minerali di silice o di carbonato di calcio. Questi animali filtrano l’acqua per mezzo di un articolato sistema di canali interni, movimentandola grazie all’azione sincronizzata di numerosissime cellule ciliate chiamate coanociti. Dal fluido che scorre nel sistema acquifero le spugne traggono il nutrimento necessario. Inoltre, alcune specie di questi animali, in modo sorprendente, gestiscono selezionandolo per tipologia mineralogica il particolato inorganico. Studiando e caratterizzando alcuni geni coinvolti in questo intrigante processo in una comune spugna dei nostri mari, la Chondrosia reniformis, è stata fatta una importante scoperta scientifica: un meccanismo ancestrale fisiologico delle spugne è la chiave di spiegazione delle cause scatenanti la silicosi.
I risultati delle ricerche appena pubblicati sul Journal of Experimental Biology, una importante rivista internazionale di vasta diffusione e lettura nel campo delle scienze della vita, da Marina Pozzolini e collaboratori, appartenenti al gruppo da me coordinato, dimostrano infatti che già in questi animali primitivi, comparsi sulla terra 600 milioni di anni fa, esiste un complesso meccanismo molecolare scatenato dall’incorporazione selettiva di particelle di quarzo nel processo di filtrazione dell’acqua che determina la produzione di collagene mediata da una citochina appartenente alla famiglia del TNF*(Pozzolini, M., Scarfì, S., Gallus, L., Ferrando, S., Cerrano, C. and Giovine, M. Silica induced fibrosis: an ancient response from the early metazoans. J. Exp. Biol. 220, 4007-4015). Unica sostanziale differenza è che nella spugna il processo è fisiologico. Negli animali modello studiati nel laboratorio di biotecnologie marine del DISTAV si è infatti evidenziato che l’incorporazione selettiva dei granelli di quarzo ha la specifica funzione di indurre la produzione di proteine della matrice extracellulare essenziali per la vita dell’animale. Questo meccanismo instauratosi in cellule ancestrali si è conservato nelle nostre cellule del sistema immunitario. Da milioni di anni la conquista dell’ambiente terrestre da parte degli animali ha però separato definitivamente i granelli di quarzo da esse. L’occasionale re-incontro risveglia l’antica risposta molecolare, con esiti nefasti.
Dopo più di un secolo dalla prima descrizione della silicosi, solo oggi siamo in grado di capire perché proprio la polvere di silice cristallina e non altre è in grado di determinare queste reazioni da parte del nostro organismo. E’ ciò è stato possibile grazie allo studio dell’animale più antico oggi ancora esistente.
*TNF è una citochina coinvolta nella risposta infiammatoria e ha prevalentemente (ma non esclusivamente) un ruolo di regolazione delle cellule del sistema immunitario
Marco Giovine
Dipartimento di Scienze della terra, dell’ambiente e della vita
