Il meccanismo di “biostasi” degli orsi d’acqua potrebbe contenere la chiave per migliorare la longevità umana

Biostasi e gli Orsi d’Acqua Indistruttibili

Studiare biologia e medicina ha sempre spinto i ricercatori a cercare di scoprire ciò che sembra “mancare” negli esseri umani rispetto ad altre specie. Finora ciò ha incluso, ad esempio, la resistenza al cancro degli squali, le meduse immortali, l’effetto di prolungamento della longevità delle restrizioni caloriche su topi e scimmie, e le capacità di rigenerazione dei rettili.

Un altro animale che ha affascinato i ricercatori per decenni è l’“orso d’acqua”, i “porcellini di muschio” o tardigrado. Si tratta di un gruppo di circa 1.100 specie vicine agli artropodi (insetti, crostacei). Sono molto piccoli, meno di 1 mm / 0,04 pollici, e vivono in ambienti ricchi d’acqua sabbia, muschi, piante fiorite, acqua dolce e salata.

Fonte: Britannica

Ciò che rende i tardigradi speciali è la loro estrema resistenza a condizioni ambientali estreme. Possono indurre se stessi in uno stato di biostasi, o stato “tun”, in cui il loro metabolismo è solo lo 0,01 % di quello in condizioni normali.

Questa capacità di entrare in biostasi conferisce ai tardigradi una resistenza estrema alla disidratazione, permettendo loro di attendere anni e persino decenni fino al ritorno dell’acqua.

È stato dimostrato che possono sopravvivere in vuoto per 8 giorni e per 3 giorni in un’atmosfera di elio priva di ossigeno. I campioni hanno anche resistito a temperature fino a −272 °C / −458 °F per diverse ore, a −190 °C / −310 °F (aria liquida) per 21 mesi, e a temperature elevate fino a 148 °C / 300 °F.

Quindi, non sorprende che se anche solo una frazione di questa straordinaria resilienza tramite biostasi potesse essere applicata agli esseri umani, potrebbe cambiare radicalmente la salute umana e forse la longevità.

Proteine della Biostasi

I ricercatori Silvia Sanchez‑Martinez e Thomas Boothby dell’Università del Wyoming hanno scoperto che la resilienza dei tardigradi potrebbe essere guidata da specifiche proteine chiamate CAHS (Cytoplasmic Abundant Heat Soluble).

In un recente articolo intitolato “Labile assembly of a tardigrade protein induces biostasis” hanno dimostrato che queste proteine appena identificate rallentano il metabolismo, aiutando i tardigradi a sopravvivere a condizioni ambientali troppo estreme senza biostasi.

Questa scoperta si basa su ricerche precedenti degli stessi scienziati, dimostrando che le proteine dei tardigradi potrebbero essere usate per stabilizzare e conservare il prodotto farmaceutico fattore VIII della coagulazione del sangue umano a temperatura ambiente. Normalmente è una molecola molto fragile che si degrada non appena non è mantenuta in un intervallo di temperatura preciso.

Comprendere le Proteine della Biostasi

La ricerca ha indagato diversi aspetti di queste proteine. Prima, ha cercato di comprendere la sequenza proteica responsabile dei suoi effetti protettivi. Secondo, ha cercato di capire come svolgono la loro funzione.

Hanno scoperto che le proteine CAHS possono formare una struttura simile a un gel. Quando viene diluito nuovamente, questo gel può ritornare allo stato liquido. Probabilmente questo è il meccanismo principale che attiva le proteine CAHS in caso di disidratazione, la principale minaccia per i tardigradi in natura.

Hanno inoltre riscontrato che le proteine CAHS hanno una configurazione 3D a “dumbbell” (a forma di bilanciere) e sono composte principalmente da tre parti.

Fonte: Protein Science

Le capacità di formazione del gel sono principalmente legate alle interazioni delle β‑sheet con strutture 3D di β‑sheet, che portano alla formazione di strutture complesse a forma di tubo.

Fonte: Protein Science

In generale, il gel formato dalle proteine CAHS dei tardigradi rallenta il metabolismo cellulare dall’interno. Hanno anche dimostrato che questo rallentamento del metabolismo, e nessun altro effetto, è responsabile dell’aumento del tasso di sopravvivenza.

Fonte: Protein Science

Applicare la Resilienza dei Tardigradi tramite Biostasi agli Esseri Umani

Proteine CAHS nelle Cellule Umane

I ricercatori hanno inoltre ingegnerizzato geneticamente cellule umane coltivate in laboratorio per produrre una proteina CAHS. Queste cellule hanno mostrato un aumento del tasso di sopravvivenza di fronte a stress osmotico.

Fonte: Protein Science

Hanno persino dimostrato che le stesse interazioni delle β‑sheet e le proprietà di formazione del gel, importanti per la sopravvivenza dei tardigradi, erano anche responsabili dell’aumento della resistenza delle cellule umane modificate.

Infine, hanno mostrato che la biostasi indotta dalla proteina dei tardigradi nelle cellule umane era anche reversibile negli esseri umani.

Applicazioni Anti-Invecchiamento

L’invecchiamento è spesso correlato alle attività metaboliche e all’ossidazione, soprattutto quando è combinato con stress cellulare indotto da sostanze chimiche, inquinanti o condizioni ambientali complessivamente sfavorevoli.

Questo è considerato uno dei motivi principali per cui la riduzione dell’apporto calorico tende ad aumentare la longevità di molti organismi.

Poiché sembra che le proteine CAHS possano ridurre il metabolismo in caso di stress, potrebbero anche contribuire a ridurre una delle cause principali dell’invecchiamento.

Applicazioni Biotecnologiche

Medicina

Un’altra potenziale applicazione delle proteine CAHS dei tardigradi è nella conservazione di biomolecole farmaceutiche e cellule conservate. Ciò che è stato precedentemente fatto per il fattore VIII della coagulazione del sangue potrebbe essere applicato a trattamenti medici così diversi come vaccini mRNA, cellule staminali, ormoni, farmaci, ecc.

Potenzialmente, anche gli alimenti potrebbero beneficiare di queste proteine per aumentare la loro durata di conservazione senza ricorrere al congelamento o alla refrigerazione.

Agricoltura

Poiché le proteine NAHS offrono una forte protezione contro la disidratazione, potrebbero essere utilizzate per migliorare la resistenza delle colture alla siccità. La resistenza aggiuntiva alle temperature estreme potrebbe applicarsi anche alle piante in certa misura. Con il cambiamento climatico che influisce sempre più sull’agricoltura, questo potrebbe rappresentare un nuovo segmento promettente di possibili applicazioni per le proteine dei tardigradi.

Società Anti-Invecchiamento e Longevità

1. MeiraGTx Holdings

MeiraGTx (MGTX ) è una società di terapia genica focalizzata sull’invecchiamento e sull’utilizzo del virus adeno-associato (AAV) come vettore per la consegna dei geni. L’attenzione all’AAV consente all’azienda di sviluppare terapie altamente personalizzabili per diverse patologie e tipi cellulari.

“Piccole differenze nelle proteine del capside possono modulare l’efficienza con cui diversi capsidi consegnano i geni a diverse cellule, consentendo così di selezionare diversi capsidi AAV per mirare in modo più efficace a particolari tipi cellulari.”

La tecnologia include anche un “riboswitch” on/off che attiva il gene introdotto nel corpo del paziente su richiesta, offrendo un livello di controllo estremamente elevato sulla terapia genica.

L’azienda è attiva in 3 ambiti terapeutici: oculare, neurodegenerativo (inclusa la malattia di Parkinson) e malattie delle ghiandole salivari.

Nel dicembre 2023, MeiraGTx ha stipulato un accordo di acquisto di asset da 415 milioni di dollari con Janssen per il suo trattamento della retinite pigmentosa legata al cromosoma X (XLRP). L’azienda ha inoltre due altri studi clinici oculari in corso in partnership con Janssen.

Fonte: MeiraGTX

L’estremo livello di controllo sull’attivazione della terapia genica della tecnologia MeiraGTx potrebbe essere altamente rilevante per future terapie di longevità.

Potrebbe contribuire a ridurre i rischi di effetti collaterali indesiderati, spesso ostacoli alle prospettive delle terapie anti-invecchiamento. Se le proteine CAHS dei tardigradi fossero applicate alle cellule umane, potrebbero essere espresse “su richiesta” in tessuti specifici o rispondere a condizioni particolari, riducendo i rischi medici e normativi.

2. Lineage Cell Therapeutics

Lineage produce più di 200 diversi tipi di cellule umane per impianto, iniziando con cellule pluripotenti e utilizzando un metodo proprietario di differenziazione guidata.

Lineage ha 2 prodotti potenziali ben avanzati nella fase 2 di studi clinici, e altri 3 in una fase più precoce.

Fonte: Lineage

Il prodotto di punta è OpRegen, in partnership con Genentech, che tratta problemi oculari, inclusa la degenerazione maculare legata all’età (AMD). Lineage ha ricevuto da Genentech 50 milioni di dollari in anticipo ed è idonea a 620 milioni di dollari di pagamenti per traguardi e royalties a doppia cifra. La sperimentazione iniziale ha ottenuto una rigenerazione retinica senza precedenti per 5 su 12 pazienti.

Il secondo programma più avanzato è OPC1 (Trapianti di cellule oligodendrocitarie) per lesioni del midollo spinale. Il trattamento potrebbe aiutare a proteggere il midollo spinale e ridurre drasticamente il numero di pazienti che non mostrano miglioramenti. I risultati iniziali sono stati incoraggianti, con molti pazienti che hanno riacquistato sensazioni che probabilmente non avrebbero avuto senza il trattamento.

Fonte: Lineage

“Non potevo bere, non potevo nutrirmi, non potevo mandare messaggi o fare praticamente nulla, ero fondamentalmente solo esistente. Non stavo vivendo la mia vita, stavo semplicemente esistendo.” – Kris Boesen, Paziente OPC1

Se le cellule con proteine CAHS sono davvero più resilienti (anche senza raggiungere i livelli di resistenza dei tardigradi), potrebbe rappresentare una nuova strada per sviluppare nuove soluzioni anti-invecchiamento e aggiungere alle più di 200 linee cellulari umane già presenti nel catalogo di Lineage Cell Therapeutics (LCTX ).

3. Bayer Crop Sciences

Bayer Crop Sciences, che rappresenta la metà del gruppo insieme al segmento farmaceutico, si concentra su innovazioni relative a semi, tratti e protezione delle colture.

Fonte: Bayer

L’azienda è in parte una società di protezione delle colture, con un ventaglio di soluzioni che includono erbicidi, fungicidi e insetticidi. Il meccanismo di protezione delle colture salvaguarda circa il 30 % della produzione mondiale, equivalenti a 550 milioni di tonnellate di cibo che potrebbero nutrire più di 2 miliardi di persone.

È anche un’azienda molto innovativa, con progetti in praticamente tutti i modi possibili per migliorare piante e colture.

Le sue innovazioni hanno aiutato gli scienziati biotecnologici a effettuare miglioramenti mirati nel DNA delle piante. Le sue soluzioni aiutano a controllare le erbe infestanti grazie alla tolleranza integrata agli erbicidi e aiutano gli agricoltori a preservare il potenziale genetico dei loro semi, coltivando in modo più efficiente con un impatto ambientale notevolmente ridotto.

Le perdite legate alla siccità in agricoltura hanno rappresentato una perdita cumulata di 166 miliardi di dollari tra il 1983 e il 2009. Le previsioni avvertono che il cambiamento climatico potrebbe aumentare questo problema.

Quindi, se si dimostrerà che le proteine CAHS dei tardigradi possono ridurre lo stress osmotico non solo nelle cellule animali ma anche in quelle vegetali, questo potrebbe rappresentare una interessante opportunità per aziende come Bayer di creare colture resistenti alla siccità tramite ingegneria genetica, aggiungendo al loro attuale repertorio di piante GM e agli sforzi di R&S sull’editing genetico.