CO₂- Immagine Credito: Aaron Fleming, Università dello Utah.
I chimici dello Utah scoprono come il bicarbonato può proteggere le cellule dallo stress ossidativo in uno studio che mette in discussione il modo in cui i danni cellulari sono stati studiati per decenni.
Le cellule del nostro corpo sono come città in fermento, che funzionano con un sistema alimentato dal ferro che usa il perossido di idrogeno (H₂O₂) non solo per ripulire i pasticci, ma anche per inviare segnali critici. Normalmente, questo funziona bene, ma sotto stress, come un’infiammazione o un’esplosione di consumo di energia, lo stress ossidativo danneggia le cellule a livello genetico.
Questo perché il ferro e l’H₂O₂ reagiscono in quella che è nota come reazione di Fenton, producendo radicali idrossilici, molecole distruttive che attaccano indiscriminatamente DNA e RNA. Ma c’è un trucco. In presenza di CO₂, quel fastidioso gas che sconvolge i sistemi climatici globali, le nostre cellule acquisiscono un’arma segreta sotto forma di bicarbonato che aiuta a mantenere bilanciati 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 reazione di Fenton stessa nelle cellule. Invece di produrre radicali idrossilici caotici, la reazione crea radicali carbonato, che influenzano il DNA in un modo molto meno dannoso, secondo Cynthia Burrows, illustre Prof.ssa di chimica e autrice principale 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, effettivamente tutte le malattie legate all’età, molte malattie neurologiche”, ha detto Burrows. “Stiamo cercando di comprendere la chimica fondamentale delle cellule sotto stress ossidativo. Abbiamo imparato qualcosa sull’effetto protettivo della CO₂ che penso sia davvero profondo“.
Tra gli autori figurano Aaron Fleming, Professore associato di ricerca e il dottorando 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 dalla CO₂ disciolta modifica la reazione, producendo un radicale più blando che colpisce solo la guanina, la G del 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 creano questi radicali super reattivi che tutti studiano da decenni”.
Cosa significano queste scoperte per la scienza? Potenzialmente molto.
Innanzitutto, la scoperta del team dimostra che le cellule sono molto più intelligenti di quanto si pensasse in precedenza, il che potrebbe ridefinire il modo in cui concepiamo lo stress ossidativo e il suo ruolo in malattie come il cancro o l’invecchiamento.
“Ma solleva anche la possibilità che molti scienziati che studiano i danni cellulari abbiano condotto esperimenti di laboratorio in modi che non riflettono il mondo reale, rendendo i loro risultati sospetti“, ha detto Burrows. Chimici e biologi ovunque coltivano cellule in una coltura di tessuti in un’incubatrice impostata a 37 gradi centigradi o temperatura corporea. In queste colture, i livelli di anidride carbonica vengono aumentati al 5%, ovvero circa 100 volte più concentrati di quelli presenti nell’atmosfera.
L’elevata quantità di CO₂ ricrea l’ambiente in cui normalmente vivono le cellule mentre metabolizzano i nutrienti; tuttavia, questa quantità va 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 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-perossido di idrogeno”.
Burrows ritiene che per garantire risultati affidabili da tali esperimenti sia necessario aggiungere bicarbonato.
“La maggior parte delle persone tralascia il bicarbonato/CO₂ quando studia l’ossidazione del DNA perché è difficile gestire il degassamento costante di CO₂“, ha affermato Burrows. “Questi studi suggeriscono che per ottenere un quadro accurato del danno al DNA che si verifica a causa di normali processi cellulari come il metabolismo, i ricercatori devono fare attenzione a imitare le condizioni appropriate della cellula e aggiungere bicarbonato, ovvero lievito in polvere!“.
Burrows prevede che il suo studio potrebbe dare origine a risultati indesiderati che un giorno potrebbero giovare alla 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.
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“Hai degli astronauti in una capsula che vivono e respirano e stanno espirando 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 tissutale, 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 quel livello di CO₂. Di certo non vuoi andare molto in alto, ma averlo leggermente più alto potrebbe effettivamente avere un effetto protettivo contro le radiazioni che generano radicali idrossilici“.
Fonte PNAS
