La cacca del moscerino e l'intestino alieno

Ho sempre pensato che l’intestino umano, con i suoi 500 milioni di neuroni, sia una sorta di alieno nel corpo di ognuno di noi. Un alieno che tuttavia non possiamo ignorare, visto che è un cruciale regolatore dell’appetito e di molti altri processi metabolici. Quando le cose si mettono male, come nel diabete o nell’obesità, è abbastanza chiaro che tutti quei neuroni, insieme a ormoni e alre molecole specifiche, ci mettono lo zampino.

Studiare la complessità del sistema neuroenterico è un compito immane, capace di scoraggiare generazioni di neurologi e gastroenterologi. Al punto che del comportamento fine dei neuroni del tubo digerente sappiamo relativamente poco. Così c’è chi ha deciso di affrontare l’esplorazione a paritire da un animale molto più semplice, la Drosophila melanogaster o moscerino della frutta: si tratta di Irene Miguel-Aliaga e del suo gruppo all’Università di Cambridge.
 
Come si comportano i moscerini alla toilette? Se le nostre funzioni viscerali non sono del tutto comprese, quelle della drosofila erano ignote ai più fino a pochi giorni fa, quando Paola Cognigni, giovane ricercatrice italiana del gruppo, ha pubblicato il risultato delle sue ricerche su Cell Metabolism insieme a Andrew P. Bailey e Irene Miguel-Aliaga.
 
Dallo studio emergono molte analogie fra il funzionamento dell’intestino umano e quello dell’insetto. “Come mai?” chiedo a Paola Cognigni in una telefonata via skype. “In effetti i moscerini della frutta sono quegli esserini che svolazzano nelle nostre cucine quando c’è, per esempio, una banana che inizia a emanare qualche odorino non proprio di freschezza. Nutrendosi di avanzi umani, le drosofile hanno una dieta assai varia e sovrapponibile alla nostra, perciò non stupisce che anche il processo digestivo abbia parecchio in comune”.
 
Dimmi ciò che mangi, ti dirò come digerisci. In effetti ogni processo digestivo è specializzato per gli alimenti che caratterizzano la dieta. Le zanzare, per esempio, concentrano la lunga attività digestiva su un singolo alimento, il sangue, estremamente ricco di nutrienti, ma anche di tossine da cui gli insetti si devono liberare. Le drosofile invece succhiano cibi anche molto diversi fra loro, di cui assorbono solidi e liquidi in due segmenti del tubo digerente; dal punto di vista funzionale questi segmenti ricordano molto da vicino l’intestino tenue e l’intestino crasso umani.
 
Com’è nata l’idea di studiare l’apparato neuroenterico della mosca? “Sul comportamento alimentare della drosofila si sanno moltissime cose – racconta Paola -, i tipi di cibo preferiti o le circostanze che possono far cambiare abitudini. Stranamente nessuno si era avventurato oltre, a vedere che cosa accade durante e dopo la digestione. Questo tipo di analisi si fa nei topi, ma vuoi mettere quanto è più piacevole studiare la cacca di mosca, che è bella e non puzza?!”.
 
Continua Paola: “Irene, il nostro capo laboratorio che un po’ per scherzo chiamiamo boss, in un lavoro precedente aveva individuato neuroni che raggiungono il tubo digerente della mosca e vi rilasciano un ormone. Noi abbiamo continuato quel lavoro identificando altri neuroni che hanno come bersaglio altre parti del tratto intestinale. Stupisce la varietà d’azione di questi neuroni: alcuni si attaccano direttamente a un organo e ne regolano l’attività, per esempio motoria; altri rilasciano delle sostanze, per esempio degli ormoni, che agiscono a distanza”.
 
La drosofila è un concentrato volante di conoscenze biologiche. Non c’è quasi gene o cellula che non sia stato passato al setaccio, negli oltre cento anni di studi dedicati a questo piccolo organismo. Il numero di strumenti genetici a disposizione per studiare il comportamento dell’animale è assolutamente stupefacente. Paola e Irene hanno potuto manipolare direttamente piccoli gruppi di neuroni con una specificità molto alta e quindi osservare la qualità delle diverse feci prodotte dalle drosofile, valutandone diversi parametri metabolici. Un’analisi di questo tipo nei mammiferi non si può fare perché il numero di neuroni coinvolti nel processo digestivo è molto più grande e perché non esistono strumenti di manipolazione genetica altrettanto sofisticati.
 
La notizia forse più succosa è che il tubo digerente delle moscerine incinte è costipato e gonfio proprio come quello delle cugine umane in dolce attesa. Sebbene la riproduzione dei moscerini sia completamente diversa da quella umana, anche noi in gravidanza regoliamo il rallentamento della digestione con ormoni come l’ossitocina, il progesterone e gli estrogeni. Il passaggio più lento del cibo permette di recuperare la maggiore quantità possibile di nutrienti e di fluidi, utili a nutrire i nascituri. Nei moscerini la costipazione è causata dall’attivazione di un gruppetto di neuroni intestinali da parte di una molecola iniettata dal partner al momento del concepimento. Ma al di là delle differenze meccaniche o molecolari, la natura sembra proprio avere trovato una soluzione simile a un problema comune: come non lasciarsi sfuggire neanche una molecola d'acqua o di cibo per il feto o per le uova. 
 
E chi avrebbe mai detto che intestino e cacca della drosofila sarebbero stati tanto fotogenici? Prima di salutarci Paola mi dice: “Abbiamo passato due anni a studiare la cacca di mosca e continuiamo a trovare la cosa assolutamente comica”. Chissà che, grazie alla comica cacca di mosca, l’alieno neuroenterico non diventi un po’ meno alieno.
 
La ricerca di Irene Miguel-Aliaga e Paola Cognigni è sostenuta dal Wellcome-Trust e dal Biotechnology and Biological Sciences Research Council britannico. La fotografia di apertura è un insieme di riprese di diverse porzioni del tratto digerente della drosofila e delle sue cellule nervose, ottenute tramite l’uso di un microscopio confocale da Paola Cognigni e Irene Miguel-Aliaga. La fotografia in alto a sinistra, di Paola Cognigni, mostra cellule nervose produttrici di insulina (marcate con una proteina fluorescente verde) che si trovano nel cervello della drosofila (in blu) e che inviano lunghi assoni fino all’intestino (in rosso). Nella foto in mezzo, a destra, Paola Cognigni. Nella foto in basso a destra, di Irene Miguel-Aliaga, si nota la giunzione fra due porzioni del tratto digestivo della drosofila; i nuclei delle cellule sono colorate in rosso, le membrane in verde e le cellule della muscolatura in blu. Nella foto in basso a destra “una splendida immagine di cacca di moscerino”, cortesia di Paola Cognigni. Altre immagini si possono vedere qui.

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