L’invasione dei pianticorpi. Ovvero il siero segreto contro Ebola è fatto col tabacco

ResearchBlogging.orgLa signora Maria nell’ombrellone qui a fianco si agita inquieta da quando ha scoperto che in un’imprecisata parte dell’Africa (in geografia la Mariuccia sta ancora a hic sunt leones) è in corso una terribile epidemia, causata dal virus Ebola (pronunciato con due B maiuscole, come al telegiornale), con un sacco di morti e scene orrende. Lo dice così, in corsivo. Del resto la signora Maria è cintura nera di gossip da spiaggia e in piena fregola voyeuristica segue con materna passione il tentativo di salvare due volontari americani contagiati dal virus. Un tentativo eroico da ogni punto di vista, le spiego alzando gli occhi da Tuttosport: in assenza di una cura efficace i due sventurati hanno accettato di sottoporsi a un trattamento mai sperimentato sull’uomo, sebbene promettente in altri modelli animali. O la va o la spacca e speriamo che vada, come con la figlia di Gerhard Domagk e con il ragazzo affetto rabbia di Pasteur.

Pinuccio, il corpulento metronotte figlio della signora, cincischiando col tablet si apre a considerazioni sociologico-geopolitiche che spaziano dai migranti africani alla peste bubbonica, passando per il complottismo di Big Pharma e le cure alternative, ma riesco a sedarne parzialmente le ansie millenaristiche girandogli questi due link via Whatsapp. La madre nel frattempo sancisce senza possibilità di dubbio che è quantomeno strano che sia permessa una cosa del genere in America, mentre qui da noi certe cure alternative vengono addirittura vietate. La stoppo alla terza frase con un tackle scivolato da calcetto sulla sabbia, spiegando che il fantomatico “siero segreto” di cui parla il giornale non è l’edizione a stelle e striscie della cura Vannoni: la sua preparazione è stata spiegata in diverse pubblicazioni scientifiche di alto livello, disponibili per tutti e oggetto di sperimentazioni serie. Insomma, c’è del sugo. L’interdizione mi è venuta fuori un po’ brusca, per cui i due passano alla difensiva, ascoltano e iniziano a fare domande. Dopo i primi cinque minuti di arrembaggio scriteriato i vicini passano quindi al modulo catenaccio e contropiede, nel pieno solco della tradizione italiana dentro e fuori gli stadi. Ma io oltre a leggere Tuttosport ho una sedia col mio nome sullo schienale al Bar Sport e sono pronto a tutto.

Inizio dunque a macinare il mio gioco. Loro, attendisti, lo spezzettano e tentano di ripartire con folate improvvise. Kent Brantly e Nancy Writebol sono in trattamento con una miscela di anticorpi monoclonali ottenuti secondo un metodo classico della virologia: una versione depotenziata (“cioè rincoglionita“, dice la signora Maria) dell’Ebola è stata somministrata ad alcuni primati (“sì, insomma, delle scimmie“) e gli anticorpi da essi prodotti sono stati isolati e testati su animali per vedere se agivano anche contro il virus a piena potenza (“sono quelli che funzionano come voi guardie giurate coi taccheggiatori al supermarket, Pinuccio. Ascolta“). Fino ad ora le prove sono state positive, ma i due volontari americani sono i primi umani a farne uso. “Maddai, e che ste scimmie ne hanno fatta na chilata di questi anticorpi? Ce ne vorrà un botto per curare un cristiano!“, interviene Pinuccio con sicumera. Certo che non ne hanno prodotto abbastanza. Di grazia se dal primo trattamento se ne sono ottenute quantità sufficienti per le prove preliminari, ribatto in fallo laterale. No, gli anticorpi isolati dai primati sono stati poi modificati per renderli più affini all’organismo umano e quindi prodotti con cellule di criceto in colture artificiali, ma siccome la resa è troppo bassa e costano tropp220px-Nicoatiana_benthamiana_planto si usano altri sistemi. “E qua te volevo, professò. Confessa: gli americani hanno un allevamento di scimme infette che mungono per gli anticorpi!” “Figo, poi magari una ne scappa e viene fuori un casino come in quel film che ho visto ieri!“, si eccita un ragazzino su una sdraio a fianco. Mi spiace deludervi, ma niente allevamenti, niente eserciti di primati in cattività, niente camere delle torture. Per produrre il siero stanno usando delle piante geneticamente modificate, in particolare una specie australiana parente prossima del comune tabacco chiamata Nicotiana benthamiana. “Andiamo bene“, interviene il coro greco degli ombrelloni circostanti “dal virus ai mostri ogiemme. Altro che film òror“. Pinuccio chiede un time out tecnico. “Scusa ma non ho capito bene. Com’è sta storia delle piante? Come siamo passati dal virus delle scimmie alle sigarette transgeniche? Fammi rivedere lo schema che mi son perso“.

Produrre anticorpi, ovvero miscele di particolari proteine capaci di riconoscere e neutralizzare precisi intrusi, in genere virus e batteri, è complicato e costoso. Non si riescono a produrre con la sintesi chimica come l’aspirina, sono sostanze troppo complicate. Puoi usare degli animali, ma ci sono dei problemi. C’è ad esempio di rischio di contaminazione a causa di altri patogeni umani e animali (epatite, HIV e BSE, quella della mucca pazza) o di portarsi dietro proteine animali che possono causare danni imprevisti. Puoi usare dei batteri, ma ci sono altri inconvenienti, soprattutto dovuti al diverso sistema con cui questi sintetizzano le proteine. Da qualche anno per questo tipo di farmaci basati su anticorpi e composti proteici si usano invece alcune specie vegetali, che vengono “convinte a tempo” con metodi genetici a produrre esattamente gli stessi anticorpi individuati nell’uomo o negli animali, come nel caso di Ebola. E lo fanno più che bene, dato che il sistema usato per produrre il farmaco sperimentale Zmapp somministrato ai volontari americani può permettere di ottenere fino a 1 g di anticorpi ogni 2 chili di foglie di tabacco, quasi 100 volte di più che con ogni altro mezzo animale o microbico. In più, le piante sono così diverse da noi da non porre pericoli come quelli citati per gli animali, maaaa sono anche abbastanza simili da non presentare le differenze riguardanti i batteri; inoltre la mancanza di proteine analoghe nei vegetali rende più facile ed economico anche il processo di estrazione degli anticorpi. La signora Maria tenta una sortita a centrocampo: “me pare magia che se so’ inventati, tipo il 5-5-5 di coso, Canà. Una roba per fare scena“. E invece non è una novità assoluta tirata fuori dagli americani dall’Area 51, ma l’applicazione di conoscenze ben note e ben sfruttate da molti ricercatori (e industrie) al mondo per produrre vaccini e anticorpi contro epatite, colera, virus influenzali e intestinali umani e animali, anche da usare in veterinaria e persino per fabbricare l’eritropoietina (“Quella dei ciclisti? Lei“). Pure i costi sono più che vantaggiosi rispetto agli altri sistemi, transgenici e non, la metà che in animali transgenici e venti volte meno che in colture in vitro di cellule. Insomma, gli americani mettono in pratica con efficienza un sistema già abbondantemente collaudato negli ultimi 10 anni tipo lo schema ad albero di Natale, il 4-3-2-1.

Pinuccio e sua madre però iniziano a trovare la palla, e rilanciano nelle giuste zone di campo. “Si, ma se devo aspettare che la pianta cresca, campa cavallo. Con un’epidemia come questa in corso mica posso aspettare due anni che crescano le piante! Le gente muore quasi tutta dopo una settimana. Meglio sbudellare le scimmie“. Primati e animalisti possono stare sereni: il sistema usato non richiede la maturazione delle piante ed evita la via animale. In pratica si prendono piante già adulte, le si infetta con un batterio specializzato a trasferire nelle cellule di Nicotiana le informazioni genetiche giuste e queste in pochi giorni producono anticorpi in massa. Il processo si chiama agroinfiltrazione, anche perché si ottiene siringando direttamente le foglie oppure esponendo le piante a una soluzione di batterio dopo averle mese sottovuoto, e grazie ai suoi difetti N. benthamiana lo porta a termine in modo efficacissimo, dal nostro punto di vista. Anche nei difetti è importante eccellere. Questo tabacco australiano è infatti estremamente sensibile alle aggressioni di ogni tipo (virali, batteriche, fungine) perché presenta sulle foglie aperture grandi e più numerose che in altri vegetali. Le piante usano queste aperture, dette stomi, per scambiare gas tra l’interno e l’esterno delle loro foglie, ma i batteri come Agrobacterium tumefaciens le sfruttano per penetrare all’interno (“Insomma è un colabrodo, tipo la difesa di Zeman“! “Esatto, ma lo spettacolo è garantito“). Una volta dentro, il batterio preventivamente modificato inizia a trasferire materiale genetico alle cellule delle foglie, ovvero trasferisce in esse una porzione di DNA che “ordina” la costruzione della la nostra proteina antiebola, trasformando la pianta in una specie di fabbrica farmaceutica specializzata. Questo metodo permette la produzione di alcuni grammi di anticorpi in pochi giorni a partire da piante già cresciute e volendo si può passare alla produzione su scala industriale, in serra o in campo qualora ne servissero grosse quantità in tempi brevi. Basta avere le piante già in coltivazione, e con il tabacco non è certo un problema: è proprio quello che è stato fatto nel Kentucky per produrre il trattamento somministrato ai due medici americani.

E quindi anziché far scappare scimmie infette rischiamo di avere un’invasione di tabacco transgenico! Dalla padella alla brace!” rilancia sulla fascia la signora Maria sicura del sostegno di squadra del coro greco della spiaggia. La fermo con calma pensando più a Franz Beckenbauer che a Pasquale Bruno. Non ci sono più i sistemi trangenici di una volta, signora mia. In questo caso (ma in realtà anche in molti altri) si tratta di un affitto di geni, non di un acquisto con rogito cromosomico incluso. Le cellule di tabacco infettato con i geni che ordinano la produzione degli anticorpi-antiebola non vengono integrati in modo permanente nel genoma della pianta, ovvero non vengono trasmessi alle generazioni successive di tabacco e gli effetti durano solo per un periodo di tempo limitato. Si parla di espressione transiente, ovvero temporanea, più rapida di quella stabile ma meno duratura nel tempo. In più, anche se potesse la Nicotiana benthamiana modificata non sarebbe in grado di procreare. Le piante infettate producono sì anticorpi in gran quanità, ma a causa dell’infezione massiccia muoiono e quindi non giungono neppure a fioritura. E’ come la tinta per i capelli: dura per un po’, rovina il capello ma poi se ne va e le colpe del parrucchiere della madre per fortuna non ricadono sui figli. Manipolare temporaneamente la genetica di una pianta per produrre un farmaco salvavita senza ricorrere all’allevamento di animali non mi pare male.

Insomma, niente sfruttamento animale, farmaco più economico e una riverniciata alla rispettabilità del tabacco coltivato“, chiosa Pinuccio, che sarà anche un metronotte un po’ gretto ma non è per niente tonto. Mi guarda e il suo sorriso non mi piace, ha la faccia di uno che ha visto un terzino sbagliare il fuorigioco. “Tutto molto bello, ma ammesso che su questi due americani funzioni veramente come si spera, quando lo distribuiscono direttamente in Africa?

Olinger, G., Pettitt, J., Kim, D., Working, C., Bohorov, O., Bratcher, B., Hiatt, E., Hume, S., Johnson, A., Morton, J., Pauly, M., Whaley, K., Lear, C., Biggins, J., Scully, C., Hensley, L., & Zeitlin, L. (2012). Delayed treatment of Ebola virus infection with plant-derived monoclonal antibodies provides protection in rhesus macaques Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (44), 18030-18035 DOI: 10.1073/pnas.1213709109

Qiu, X., Audet, J., Wong, G., Fernando, L., Bello, A., Pillet, S., Alimonti, J., & Kobinger, G. (2013). Sustained protection against Ebola virus infection following treatment of infected nonhuman primates with ZMAb Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep03365

Daniell, H., Streatfield, S., & Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming: production of antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants Trends in Plant Science, 6 (5), 219-226 DOI: 10.1016/S1360-1385(01)01922-7

Goodin, M., Zaitlin, D., Naidu, R., & Lommel, S. (2008).
Nicotiana benthamiana: Its History and Future as a Model for Plant–Pathogen Interactions
Molecular Plant-Microbe Interactions, 21 (8), 1015-1026 DOI: 10.1094/MPMI-21-8-1015

La natura ce l’ha già: l’arcolaio di Maleficient

maleficentPrima che il sole tramonti sul suo sedicesimo compleanno, ella si pungerà il dito con il fuso di un arcolaio e morrà“, vaticinò la strega Malefica per colpa di un mancato invito. Favole. In barba a Serenella, però, Fauna e Flora si sono alleate almeno in una occasione per dare alla Natura un proprio arcolaio a quattro zampe, sotto le sembianze poco socievoli di un roditore africano stranamente lento e noto come ratto dalla criniera. A quanto pare, in Lophiomys imhausi l’evoluzione ha trovato il modo di riciclare un veleno vegetale, risparmiando all’animale l’invito (stavolta da rifiutare a tutti i costi) come protagonista di banchetti altrui.

Veleni che fanno bene. Nella faccende naturali, come in una fiaba secondo Propp, non è tanto rilevante chi siano i protagonisti quanto quello che fanno, ma in un racconto anche i comprimari contano e vanno introdotti a dovere. Il primo ad entrare in scena è un uomo, un botanico scozzese appassionato di Africa chiamato John Kirk. Il signor Kirk soffriva di angina pectoris, ma questo non gli impedì di esplorare parte dell’allora ignoto continente nero assieme al più noto dottor David Livingstone, nel 1859. Durante il viaggio si occupò di raccogliere campioni delle piante più disparate, di cui si faceva raccontare gli impieghi etnobotanici dalle popolazioni locali, per riportare poi informazioni e campioni in patria dando il suo contribajp1887-strophanthusuto alle conoscenze in merito. Erano anni avventurosi e molto eccitanti sia dal punto di vista intellettuale che materiale e persone come Kirk e Livingstone scandagliavano l’ignoto come ora farebbe un astronauta su Marte, se mai ci potesse arrivare. Lavandosi i denti durante il ritorno in patria dopo una spedizione dalle parti di Kenya e Tanzania, Kirk si accorse che i sintomi del suo male al cuore erano quasi spariti e che il suo battito era notevolmente rallentato. Con acume scoprì che lo spazzolino da denti, distrattamente gettato nella borsa, si era sporcato con alcune gocce di un veleno per frecce usato dai cacciatori di elefanti nell’Africa orientale, estratto dai semi piumati di Strophanthus kombé, una liana simile ad un grosso e vistoso gelsomino (quello vero).

All’epoca di Kirk i semi di strofanto erano usati come veleno per cacciare gli animali, anche di grossa taglia (elefanti, ippopotami), per la cattura dei quali l’uomo avrebbe dovuto mettere a serio repentaglio la propria vita. Questa possibilità è garantita da due fattori: innanzitutto i semi contengono sostanze dotate di un’efficacia quasi immediata in caso di somministrazione parenterale (per iniezione, come quella che si ha con l’uso di lance, frecce avvelenate e fusi di arcolaio, naturalmente). Questo permette di uccidere gli animali pur colpendoli una sola volta e tenendosi a debita distanza, recuperando però immediatamente la preda senza doverla inseguire per ore durante la sua agonia. Si dice che gli animali spesso muoiano all’interno di un raggio di 100 metri dal punto in cui sono stati colpiti. Inoltre, la scarsa tossicità (ovvero la minore efficacia, importante nell’aneddoto di Kirk) di queste sostanze se assunte per bocca permette di consumare le carni avvelenate senza rischiare di esserne a propria volta intossicati. Ora che la pianta e le molecole che contiene sono state studiate siamo in grado di introdurle da protagoniste nel nostro racconto: si sa ad esempio che questo stratagemma è garantito da una precisa motivazione di farmacodinamResearchBlogging.orgica. Le sostanze assimilate per via alimentare sono sottoposte a un passaggio epatico prima di entrare definitivamente nel circolo sanguigno e distribuirsi nell’organismo. Questo passaggio in molti casi detossifica potenziali veleni grazie all’acidità dello stomaco, all’azione dei microrganismi intestinali e dei sistemi enzimatici microsomiali del fegato. Il veleno dello strofanto non è in realtà del tutto innocuo per via orale, ma alle dosi usate per cacciare non provoca danni all’uomo. Al contrario, le sostanze che vengono iniettate con una freccia nei muscoli o nelle vene giungono al sito d’azione (in questo caso il cuore) senza passare attraverso questo filtro, la cui funzione di autodifesa contro intossicazioni accidentali e come meccanismo di protezione contro i molti composti tossici, presenti anche nelle comuni piante alimentari è ben evidente. La stessa quantità letale tramite iniezione non lo è per via orale quindi, ed è anche per questo motivo che molti farmaci sono somministrati per via intramuscolare o endovenosa: la loro efficacia risulta molto maggiore.

220px-OuabainLe sostanze presenti nella piante di strofanto e responsabili dell’azione sul cuore sono glicosidi (detti cardioattivi o digitalici) formati da una parte zuccherina (che ne regola la solubilità) e da una parte apolare di tipo steroideo (che determina l’azione); una volta giunti a contatto con i tessuti del muscolo cardiaco questi composti bloccano i sistemi con cui le cellule regolano le contrazioni del cuore. Se la dose è ridotta, aiutano a risolvere varie disfunzioni, tra cui quella di cui soffriva John Kirk, ma se la quantità che giunge direttamente al cuore è eccessiva, questo si blocca con ovvie conseguenze più gradite alla Strega Malefica. Partendo dalla scoperta di Kirk, l’uso diretto o indiretto dei glicosidi cardioattivi (in forma di molecole da esse derivate) si è quindi imposto nella produzione di importanti farmaci per trattare varie patologie cardiache. Ma non sono certo affari di cuore quelli che interessano la strega Malefica e il ratto dalla criniera.

Un trucco già visto. Prima di arrivare nelle nostre farmacie, i glicosidi erano quindi un veleno da caccia. E prima che l’uomo si accorgesse delle loro doti e ben prima che l’arcolaio avvelenato entrasse nel castello della principessa Aurora/Rosaspina, questi composti erano già un’efficace soluzione difensiva per il vero protagonista della storia, l’arcolaio a quattro zampe. E curiosamente, le due soluzioni (la tecnologica e l’evolutiva) si assomigliano moltissimo. La preparazione del veleno per frecce a base di strofanto prevede i seguenti passaggi: i semi privati del rivestimento e del pappo sono pestati in un mortaio e alla miscela viene aggiunta la linfa o il latice appiccicoso di altre piante, per facilitarne l’adesione alla punta della freccia o della lancia, che vi viene immersa, imbibendo soprattutto la parte legnosa dell’innesto, che è più adsorbente della punta metallica. In questa maniera si riesce a depositare sull’arma una quantità sufficiente a uccidere un elefante e si riduce la possibilità che il cacciatore si possa intossicare per tagli accidentali con la punta della freccia. I glicosidi cardioattivi con queste doti non sono in realtà un prerogativa del genere Strophanthus, ma per effetto di una convergenza evolutiva li ritroviamo anche in specie assai distanti dal punto di vista botanico, come quelle europee del genere Digitalis e in altre piante africane, come quelle del genere Acokanthera. E sono esattamente queste ultime quelle usate da Lophiomys imhausi, che come ogni roditore vanta una lunga serie di possibili predatori da schivare, come inviti sgraditi a feste pericolose.

Mentre i cacciatori pestano i semi di Strophanthus, il ratto dalla criniera mastica la corteccia di specie Acokanthera (trascurando foglie e altri organi meno ricchi di glicosidi cardioattivi) e spalma la soluzione di saliva e glicosidi così ottenuta su una parte ben precisa e specializzata del proprio vello, una striscia di peli rigidi specializzati per rizzarsi in caso di pericolo e che in condizioni normali restano nascosti sotto la normale pelliccia. Così facendo quei fusi appuntiti si trasformano in un arcolaio velenoso, che intossica gli animali desiderosi di mordere il ratto iniettando nel loro muso e nella loro bocca la miscela cardiotossica: non sono rari i casi di cani morti per arresto cardiaco dopo aver incautamente aggredito il roditore. Non paghe di averlo dotato di questo deterrente, Flora, Fauna ed Evoluzione hanno poi operato di fino, ottimizzando il sistema di somministrazione. Se osservati al microscopio elettronico e come mostrato dal video qui sopra i peli mostrano una struttura particolare, con un apice appuntito e rigido (analogo alla punta metallica delle frecce, capace di bucare la pelle o la mucosa della bocca dei predatori) e una parte centrale curiosamente traforata e spugnosa, in cui il veleno vegetale resta imbibito senza poi defluire. Queste strutture aumentano di molto l’efficacia del sistema di difesa dell’animale nei confronti dei predatori, perché permettono di accumulare grosse quantità di glicosidi cardioattivi e di conservarle, come siringhe cariche, fino al momento del bisogno.

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Lo stratagemma del rendersi velenosi non è una novità in ambito animale ed esistono intere catene alimentari specializzate, con formiche, bruchi e insetti adulti che mangiano piante velenose trattenendone le tossine e animali, spesso anfibi, resi immuni dall’evoluzione, che si cibano di quei bruchi per risultare a loro volta indigesti ai loro predatori. Per risalire ad un comportamento simile nei mammiferi, però, bisogna incontrare il riccio europeo, ma stavolta la tossina viene presa in prestito dai rospi di cui esso si ciba, ovvero un altro animale e non una pianta e il loro comportamento non è letale date le quantità troppo ridotte e la minore tossicità del veleno. Ma siccome tutto torna, la tossina con cui rospo prima e riccio poi si difendono è anche in questo caso un glicoside cardioattivo, dalla struttura molto simile a quella dello strofanto e dell’acokanthera, una delle rare occasioni in cui la Strega Naturae, con l’aiuto di Fauna e Flora, si è divertita a fare cose simili con piante e animali.

(grazie a Lisa Signorile per le preziose informazioni su rospi e altre bestie).

Kingdon, J., Agwanda, B., Kinnaird, M., O’Brien, T., Holland, C., Gheysens, T., Boulet-Audet, M., & Vollrath, F. (2011). A poisonous surprise under the coat of the African crested rat Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 279 (1729), 675-680 DOI: 10.1098/rspb.2011.1169

Orecchio all’apparecchio

indexAnche l’orto botanico più famoso del mondo non se la passa alla grande e anche da quelle parti incombono importanti tagli al budget. Ma la visibilità al grande pubblico è garantita, al punto che la BBC osa con una serie di documentari radiofonici di 15 minuti, dedicati a 25 storie di piante ospitate a Kew Gardens. La prima puntata sarà dedicata al genere Encephalarthos (Ensefacosa?!?).

Il programma inizia lunedi prossimo alle 1445 ora italiana su BBC Radio 4, chi vuole se lo può ascoltare in streaming e successivamente in podcast. Qui la pagina completa del programma, con approfondimenti e qualche extra. Cronometro alla mano sono sei ore e mezza di palinstesto a copertura nazionale, dedicate alla botanica. Posso scrivere “invidia”?

Che ci frega a noi delle stampanti 3D in laboratorio: abbiamo i Lego!

aaSiamo entrati in una nuova epoca dell’autocostruzione spinta e il ricercatore intraprendente ha a disposizione tutte le nuove armi della maker culture per realizzare quasi tutto quel che serve a giocare a lavorare in laboratorio. Con alcuni problemi, però. Uno dei limiti scientifici del fai da te nella ricerca risiede ad esempio nella scarsa riproducibilità delle operazioni più pionieristiche, che rischiano di rimanere performance estemporanee, fornite da pezzi unici autocostruiti quasi mai ripetibili in modo adeguato da altri. Un’opzione, vincente sotto ogni prospettiva moderna incluso il potenziale virale, la offrono alcuni ricercatori americani, con la soluzione proposta sull’ultimo numero di Plos One (open access, pdf libero): usare il sistema online messo a disposizione dalla Lego per produrre su misura i famosi mattoncini di plastica, con cui costruire contenitori per colture vegetali in vitro.

Per lo studio in laboratorio della crescita delle piante si usano in genere tubi o piastre circolari in plastica o vetro. Quando c’è bisogno di volumi maggiori, ad esempio quando le piantine allevate fuori terra hanno bisogno di più spazioFA_Geisenheim22 o quando si vuole monitorare lo sviluppo di apparati radicali più grandi, si usano vasi realizzati ad hoc da vetrai specializzati, riempiti di terreno solido agarizzato, fitormoni e nutrienti vari. I meno abbienti usano i vasi da marmellata, che come tutti i materiali in vetro hanno un limite dimensionale: non si possono allargare e non sono modulari, ovvero quando le radici crescono bisogna trasferirle in vasi più grandi e varie operazioni fini sono precluse.

In particolare, la brillante idea è dedicata in questo caso a box modulari e riciclabili per osservare l’andamento della crescita radicale in funzione di vari stimoli esterni. Le radici crescono infatti in direzioni diverse in base a quello che “sentono” nell’ambiente circostante e monitorare con precisione il loro comportamento è importante, ma presenta una serie di problemi pratici che fanno alzare enormemente il costo delle ricerche e i tempi di lavoro. Inoltre, i sistemi attuali rendono ostico lo scale-up da piantina piccola a piantina grande, impediscono di fare prove complesse di migrazione dei composti e di creare grosse combinazioni di più piante per studiarne il comportamento in simultanea.

popopNato come “CAD virtuale” per soddisfare i desideri di hobbisti e bambinoni, il servizio Lego Digital Designer da tool per bambini più o meno grandi diventa così uno strumento di prototipazione remota e standardizzata per makers e ricercatori creativi. In particolare, il sistema offre notevoli vantaggi:

  1. Basso costo. Si possono richiedere pezzi di qualunque foggia e dimensione a prezzi ridicoli rispetto alle normali foriture da laboratorio (che, diciamolo, viaggiano spessp a livelli da strozzinaggio). Qui si parla di cifre tra 10 centesimi e un dollaro a mattoncino, consegna isole comprese.
  2. Flessibilità totale. I pezzi da assemblare possono avere una dimensione perfettamente calibrata sulle esigenze dell’esperimento: pianta piccola, mattoni piccoli, pianta grande mattoni grandi. Con conseguente eliminazione dello spreco di terreno e nutrienti.
  3. Home made, ma ripetibile. Tutti i pezzi sono, modulari, identici tra loro e prodotti da un unico fornitore: l’operazione è scientificamente ripetibile interlaboratorio su scala planetaria.
  4. Maneggiabilità perfetta. I mattoncini sono autoclavabili, inerti (nascono come giocattoli per bambini, quindi cessioni di plastiche e solventi sono prossime allo zero).
  5. Massima versatilità. Piante cresciute in contenitori separati possono essere facilmente riunite in sistemi complessi per semplice eliminazione di una parete, costruendo simulazioni realistiche senza travasi e traumi per le piante, che possono alterare l’affidabilità delle risposte.
  6. Extra. Si possono compiere prove altrimenti difficili, come la formazione di gradienti tridimensionali di sostanze nel terreno: l’ABS dei mattoni non conduce elettricità e si possono fare migrazioni elettroforetiche.
  7. Effetto nerd. Tutti sono felici, il ricercatore torna bambino e la soluzione fa subito notizia: è garantita la visibilità mediatica al laboratorio.

Frugale ma sofisticata, l’idea è un’ode alla proverbiale geekness del riResearchBlogging.orgcercatore, al punto che mi aspetto la segnalazione sulla famigerata colonna destra di Repubblica.

Lind, K., Sizmur, T., Benomar, S., Miller, A., & Cademartiri, L. (2014). LEGO® Bricks as Building Blocks for Centimeter-Scale Biological Environments: The Case of Plants PLoS ONE, 9 (6) DOI: 10.1371/journal.pone.0100867

Orientarsi tra prodotti esotici

ResearchBlogging.org Un paio di anni fa su queste colonne avevo presentato la raccolta fondi a favore di un atlante dedicato al cibo, Food: an atlas. Nel frattempo, l’opera definitiva è stata pubblicata e distribuita, e merita un commento essendo ora liberamente scaricabile in pdf. Forse un po’ troppo centrato sulla realtà nordamericana e con pochi contributi europei, il volume ospita decine di mappe che spaziano dalla distribuzione del compost autoprodotto in città alla protezione delle tipicità gastronomiche, fino alle infografiche dedicate all’uso agricolo del suolo o alla diffusione degli alimenti fermentati nel mondo. Due le cartine arricchite di dettagli su piante esotiche di interesse etnobotanico: una più semplice sulle Aracee usate ai tropici come cibo e una più dettagliata sulla palma amazzonica Oenocarpus bataua, che potrebbe a breve arrivare sugli scaffali di erboristerie e parafarmacie come la next big thing dei cosiddetti superfruits, quelli che per i guru del marketing dovrebbero dare un boost alla vostra fintess migliorando il vostro confort, la vostra compliance con la vita e naturalmente dando un taglio hipster al vostro lifestyle così ordinario.

aroQuelle delle Aracee, tra cui la più nota è il taro (Colocasia esculenta), di fatto sono le più antiche coltivazioni avviate dall’uomo a fini alimentari, circa 30.000 anni fa, quando ancora riso e grano erano poco più che piante selvatiche. Noi italiani non siamo abituati a notare i rizomi tuberosi di taro o di specie Alocasia, Amorphophallus, Xanthosoma e Cryptosperma se non in qualche negozio etico con un mercato di immigrati, ma in altre parti del mondo il loro contributo al fabbisogno alimentare è enorme e assicura calorie a quasi mezzo miliardo di persone. Queste piante, parenti delle calle e del calamo aromatico, sono perenni, facili da coltivare, con rizomi infrossati a forma di cilindro, ricchi di amido; le foglie in alcune zone sono usate come sostituto proteico. Tutte le specie della famiglia hanno una controindicazione non trascurabile: crude sono tossiche. Non che cotte offrano un profilo sulla carta perfetto, ma la loro cottura o l’immersione in acqua per varie ore riducono per dissoluzione il contenuto in ossalato di calcio, il cui contenuto nei vegetali avevo già descritto in passato.

L’ossalato in particolare può causare sia effetti acuti (ipocalcemia, con sintomi sia psichici che neurologici e soprattutto gravi irritazioni alle mucose della bocca per effetto meccanico) che cronici (lesioni renali, aumentato rischio di calcolosi) e quindi vi è forte interesse per varietà più povere in questo composto. Sebbene, va detto, non vi siano evidenze epidemiologiche certe di una maggiore incidenza di patologie renali nelle popolazioni che si nutrono di taro e piante affini. Esiste un’enorme variabilità in funzione delle cultivar usate, ma con i loro 400-600 mg circa ogni 100 grammi di parte edibile, i rizomi di taro non rappresentano neppure la fonte alimentare più ricca in ossalato (il rabarbaro e gli spinaci possono arrivare fino a 1300, la portulaca fino a 1700 mg/100 g, i tuberi di patata dolce ne contengono anch’essi circa 600 mg/100 g, le foglie del taro stesso possono arrivare a 4000 mg ogni 100 g), ma è la quantità per porzione media che porta in alto le quantità ingerite: 400 grammi di taro si mangiano più facilmente di un’uguale quantità di rabarbaro o portulaca. Andrebbero comunque evitati da chi ha già un pregresso di calcolosi. Nel caso di Colocasia & friends, però, è la forma di conservazione dell’acido ossalico a fare la differenza in virtù della sua ridotta biodisponibilità. Mentre in molte piante esso è presente in soluzione acquosa nel vacuolo delle cellule o in cristalli microscopici di forma irregolare, nelle Aracee esso è quasi tutto cristallino e solidifica nelle cellule per effetto del pH e della concentrazione formando grossi cristalli a forma di ago o di freccia estremamente appuntita, che se ingeriti inteTaro-Rootgri si conficcano nelle mucose, irritandole violentemente. Che combinasse dolorosissimi disastri se consumato crudo lo avevano purtroppo scoperto anche i negrieri nordamericani, che per punire schiavi ribelli li obbligavano a masticare le foglie di piante ricche di questi cristalli, con effetti devastanti sulla bocca e sul tratto gastro-esofageo. Nel taro l’ossalato cristallino è circa 10 volte superiore a quello solubile e il trattamento per immersione prolungata, la cottura e soprattutto la bollitura in presenza di sostanze leggermente basiche come il bicarbonato di sodio o il semplice latte, portano alla sua dissoluzione e dilavamento nell’acqua di cottura, con un crollo drastico del problema. In particolare, con la bollitura se ne perde il 50% mentre al vapore solo il 25%. Ovviamente con al disgregazione dei cristalli e al dilavamento dell’ossalato se ne vanno anche molte altre componenti nutrizionali e restano disponibili praticamente solo le calorie fornite dall’amido.

La mappa sulle piante commestibili aliene alle nostre radizioni alimentari come le Aracee è un elegante promemoria per ricordare che eventuali problemi di sicurezza alimentare e di accesso al cibo non riguardano solo (e non si risolvono solo con) la resa per ettaro di grano, mais e altri cereali dei climi temperati. La storia del taro dice anche altre due cose, a chi ama leggere tra le righe: la prima è che l’uomo nella sua storia, a fronte della necessità, non teme di coltivare piante che offrono vantaggi ma anche rischi, senza farsi paralizzare a priori dall’esistenza di possibili effetti collaterali. La seconda è che le tecnologie alimentari anche più banali sono forse nate prima dell’agricoltura, in quanto verosimilmente prima di decidere che le Aroidee erano degne di essere coltivate i melanesiani di 30.000 anni fa dovevano aver già messo a punto sistemi rudimentali ma efficaci per aggirare almeno in parte i rischi della tossicità (perlomeno acuta) dell’ossalato di calcio vegetale.

La seconda mappa porta invece su strade in parte già battute. Oenocarpus bataua (unghurahua, patawa o sejé al variare delle zone) si era già vista da queste parti, quando avevo raccontato i problemi legati alla sostenibilità della raccolta di questa palma allo stato spontaneo e dei nuovi sistemi introdotti recentemente a riguardo, peraltro illustrati proprio nell’infografica a lei dedicata.oeno

Questa pianta forma nell’oriente amazzonico fitti palmeti localizzati nella mappa e assomiglia alla commercialmente più nota palma Açai (Euterpe oleracea, guarda caso anche lei ospite in passato), con la quale condivide analogie sia per la composizione chimica che per il possibile rischio di sovraesposizione mediatica rispetto ai reali benefici nell’uso come integratore alimentare in campo salutistico. L’açai ha già fatto il salto alla grande distribuzione globale (già visto persino in gelateria, per dire), vedremo se l’unghurahua la seguirà.

Anche nell’aspetto le due piante si assomigliano, i frutti di unghurahua sono più allungati e grossi di quelli di açai, che hanno forma tondeggiante. Sono grandi circa 3 – 5 cm e hanno la forma di un’oliva, con mesocarpo molto sottile e duro che avvolge uno strato fibroso che a sua volta ricopre il seme. I frutti sono raccolti in infruttescenze curve a forma 32366di coda di cavallo lunghe circa un metro che si formano solo ogni 2 anni, ma ognuna assicura diversi kg di materia prima. Tradizionalmente se ne ricava un olio usato come alimento e come cosmetico, in special modo per curare la bellezza e la lucentezza dei capelli. La parte esterna del frutto, quindi non l’olio, ha una intensa colorazione viola a causa della presenza di antociani. Questi, va detto, non sono particolarmente diversi da quelli presenti nei normali mirtilli, ma come avviene per l’açai dati i grandi volumi di raccolta e ai bassi prezzi della manodopera locale, il costo di questi estratti rispetto a quelli di mirtillo è altamente concorrenziale e sono possibili vantaggiose economie di scala. Spesso, ben più della qualità intrinseca e dell’efficacia, sono il costo e i volumi a dettare il successo di una materia prima in ambito salutistico. Solo quest’anno è stata descritta la composizione precisa degli estratti ottenuti dai frutti dell’unghurahua, che ha mostrato un’azione antiossidante maggiore o simile a quella dell’açai e rispetto alla cugina Euterpe oleracea sembra contenere più vitamina E, meno vitamina C e più polifenoli, (fino a 25mg/g, soprattutto procianidine e acidi clorogenici). Per quel che vagono queste indicazioni ai fini della salute umana, l’articolo racconta anche altre cose già dette, ovvero che i test per valutare l’attività antiossidante degli alimenti vegetali sono ampiament erratici e difficili da intepretare singolarmente. Curiosamente, e a differenza sia dei mirtilli che dell’açai, i frutti di unghurahua contengono derivati del resveratrolo in abbondanza (circa 100 volte più che l’uva rossa). Facile prevedere che la leva del marketing usi nel futuro prossimo questo dato per proporre i frutti di Oenocarpus bataua sul mercato occidentale.

Rezaire, A., Robinson, J., Bereau, D., Verbaere, A., Sommerer, N., Khan, M., Durand, P., Prost, E., & Fils-Lycaon, B. (2014). Amazonian palm Oenocarpus bataua (“patawa”): Chemical and biological antioxidant activity – Phytochemical composition Food Chemistry, 149, 62-70 DOI: 10.1016/j.foodchem.2013.10.077

Oscarsson, K., & Savage, G. (2007). Composition and availability of soluble and insoluble oxalates in raw and cooked taro (Colocasia esculenta var. Schott) leaves Food Chemistry, 101 (2), 559-562 DOI: 10.1016/j.foodchem.2006.02.014

Massey, L. (2007). Food Oxalate: Factors Affecting Measurement, Biological Variation, and Bioavailability Journal of the American Dietetic Association, 107 (7), 1191-1194 DOI: 10.1016/j.jada.2007.04.007

Libri antichi 2.0

indexLa storia di Robert Hooke sta su tutti i libri di biologia: alla fine del 1600, trentenne, armato di una serie di lenti e di un rudimentale microscopio osservò un pezzetto di corteccia di quercia. L’immagine gli ricordò una serie di camere separate, contigue e uguali come le cellette di un favo d’alveare o come quelle che ospitano i religiosi in conventi e monasteri: nacque il termine “cellula”. Sino ad allora, le conoscenze sull’organizzazione degli esseri viventi erano fondate su teorie e speculazioni a loro volta basate su assunti filosofici e religiosi e non su osservazioni reali, con seguente ridda di opinioni non testimoniate da fatti concretamete dimostrabili. La sua scoperta fu quindi un evento epocale per le scienze della vita, di quelli che definiscono il prima e il dopo.

Hooke, come altri suoi colleghi coevi, attualmente sarebbe inserito nella categoria dei makers: aveva comprato un microscopio commerciale e si era messo a modificarlo in base alle sue conoscenze della fisica ottica. Al tempo stesso era anche un gran rompiscatole, dentro e soprattutto fuori dai laboratori: oltre ad avere un gran fiuto per le scoperte, possedeva la fastidiosa tendenza a prendersi meriti non propri, come quello di attribuirsi scoperte in realtà fatte da altri o in cui il suo contributo era minoritario. In più, i suoi detrattori -pare sostenuti da Newton, con cui ebbe memorabili contenziosi- sostennero a lungo che le sue competenze scientifiche fossero in realtà scarse e compensate da una gran fortuna e da un notevole intuito. Quella delle cellule però è davvero farina del suo sacco, confermano gli storici, così come lo è il testo che Hooke realizzò a partire dalle osservazioni microscopiche di critalli, piante, insetti e altri esseri viventi. Il libro si chiama “Micrographia: or, Some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses” e può essere definito come il primo bestseller scientifico: l’idea di abbinare immagini “dell’altro mondo” (quello non visibile ad occhio nudo) a spiegazioni scientifiche affascinò molto. O almeno, affascinò i pochi inglesi che nel 1665 sapevano leggere e contemporaneamente potevano permettersi l’acquisto di un libro.MicrographiaTitlePage

A 350 anni di distanza gli strumenti di visione microscopica si sono evoluti, così come quelli di diffusione delle informazioni. Anche i vincoli di spesa sono venuti meno, dato che finalmente due anni fa Micrographia è stato digitalizzato dalla National Library of Medicine americana e reso liberamente disponibile alla lettura online. Oltre al gusto di sfogliare, almeno virtualmente, un caposaldo della storia della biologia, la visione del libro permette di attribuire lecitamente a Hooke un altro merito: la trasformazione dell’immagine in schema concettuale, che non si limita a fotografare quanto visto ma a commentarlo, a renderlo fruibile ai fini di una descrizione. Ogni pagina è sfogliabile ed arricchita da una traccia audio (in inglese) che ne spiega i contenuti integrando con qualche aneddoto. Per chi non li ritennesse sufficienti, un’eccellente lettura è data da “A microscopic reality tale” di Patricia Fara, che descrive in dettaglio i dibattiti che accompagnarono le prime scoperte della microscopia. Non ultimo, quello dell’introduzione dell’errore dovuto all’interpretazione di quanto visto e alla sua traduzione in disegno manuale.

Erbacce e augmented reality, senza Google Glass

Mentre c’è chi giustamente investe nella realtà aumentata per migliorare la fruizione di arboreti e orti botanici, mentre si specano i sistemi informatici e le app per gestire collezioni viventi di piante, per geolocalizzare specie spontanee in boschi e prati con bambini e scolaresche e per intraprendere progetti di citizen science in parchi e foreste, e mentre c’è chi, sul tema delle piante spontanee, delle erbacce o più poeticamente dei fiori di campo ci scrive interi libri, lasciando gli studiosi a interrogarsi su dove si andrà mai a finire signora mia per colpa dell’analfabetismo botanico, insomma, mentre tutto questo accade e avanza in un tripudio di protesi digitali, dotte dissertazioni e periodare arbasineggiante (o arbasiniano?) come fosse un’illeggibile nota a piè di pagina di Infinite Jest, a Nantes una intraprendente signora ha deciso che non era il caso di attendere lo sviluppo di un software per Google Glass che avvisi il portatore della presenza nei dintorni di un dente di leone, di una cespica, di una parietaria, di una piantaggine, di un ciombolino o di un poligonio in fioritura e per aumentarne la visibilità ha iniziato a scrivere, con bomboletta e mascherina o più semplicemente con vernice bianca e pennello, i nomi (comuni) delle erbacce di cui sopra sui marciapiedi, a lato delle crepe nell’asfalto caldo per l’estate, sui muri sbreccati e negli smanchi tra i sampietrini da cui queste ardite colonizzatrici urbane spuntano arrancando anche su pochi milligrammi e millimetri di terreno nient’affatto fertile, svolgendo il loro compito vegetale senza chiassose fioriture o pacchiane profumazioni e spesso per questo venendo dimenticate dall’occhio dell’Homo urbanus, per il quale la sola pianta vera di città è quella che fa ombra all’auto in agosto.

Capture_d_e_cran_2014-06-25_a_11-32-32-f3591Piccole, indesiderate, spesso pure diserbate o estirpate, le umili e poco appariscenti decoratrici dei nostri scenari urbani sono le destinatarie d’elezione di progetti, sino ad ora estemporanei e non coordinati, che mirano a limitare un problema noto come Plant Blindness. Le piante sono intorno a noi un po’ ovunque nei contesti metropolitani, ma a meno che non ci cada in testa un ramo non sono in genere notate né considerate, vittime dell’antropocentrismo urbano e dello zoosciovinismo di molti cittadini. Spesso poi la plant blindness colpisce anche chi li studia per lavoro, i vegetali: la signorina di Nantes che ha avuto questa bella idea di professione fa l’artista, non la botanica.