I tardigradi rappresentano un modello animale particolarmente valido per la comprensione dei meccanismi, a livello organismico e cellulare, di protezione dagli stress dell’ambiente spaziale. Sono infatti invertebrati microscopici (circa 0,3-0,5 mm) che per condurre vita attiva necessitano di almeno un velo d’acqua, ma quando questa non è disponibile, rallentano notevolmente, o sospendono, il metabolismo sopravvivendo essiccati (anidrobiosi), o congelati (criobiosi). Entrando in anidrobiosi producono bioprotettori (es. trealosio) che stabilizzano le membrane cellulari. In anidrobiosi resistono inoltre ad ulteriori stress, come ad esempio, temperature di 150°C, o vicine allo zero assoluto (-273°C), radiazioni ionizzanti 500 volte superiori a quelle che porterebbero all’immediata morte dell’uomo, atmosfere sature di CO2 e HNO3, immersione in alcoli e pressioni di 600 Mpa (Bertolani et al., 2004). I tardigradi attuano la criptobiosi (anidrobiosi e criobiosi) in qualunque fase del ciclo vitale; alcune specie possono essere allevate (Altiero & Rebecchi, 2001) risultando particolarmente longeve, tanto da superare l’anno di vita (Altiero, Rebecchi & Bertolani, 2006). Inoltre, a differenza di altri minuscoli metazoi, sono caratterizzati da divisioni cellulari anche nell’adulto. Indagini dell’U.O. sulle capacità criptobiotiche dei tardigradi (parzialmente finanziate da ASI, 2001) hanno consentito di dimostrare la presenza di differenze intra- ed interspecifiche nella sopravvivenza in anidrobiosi (Jönsson, Borsari & Rebecchi, 2001), la relazione fra tratti fenotipici dei tardigradi e sopravvivenza all’essiccamento (Jönsson & Rebecchi, 2002), la sopravvivenza a lungo termine in anidrobiosi (Rebecchi et al., 2006), la presenza di differenze interspecifiche nella capacità di resistere al congelamento (Guidetti et al., inviato).L’ambiente spaziale provoca sui viventi stress che accelerano il tasso di invecchiamento; per individuare strategie contro l’invecchiamento ed anche al fine di applicazioni biotecnologiche, viene qui proposto lo studio dei meccanismi molecolari che consentono ai tardigradi di resistere agli stress tipici di tale ambiente, in modo da acquisire conoscenze sui meccanismi di riparazione e mantenimento di cellule e organismi. In questa prospettiva si colloca dunque il progetto ASSC-TARSE (TArdigrade Resistance to Space Effect), inserito nell’area II (Cellule, Tessuti, Organi) del progetto MoMa. Il progetto ASSC-TARSE, utilizzando tardigradi in toto e loro cellule (storage cells) in coltura primaria, si propone di: i. valutare la sopravvivenza dei tardigradi dopo stress quali essiccamento, microgravità e radiazioni attraverso il confronto fra animali attivi e anidrobionti; ii. acquisire informazioni sulla fisiologia, la biochimica e il genoma dei tardigradi a seguito di tali stress; iii. acquisire informazioni sull’apoptosi. Durante l’elaborazione del progetto, l’U.O. ha messo a punto i protocolli per l’allestimento di colture primarie di storage cells, l’analisi del DNA genomico e l’analisi dell’espressione di Heat-shock proteins (Hsp) nei tardigradi attivi ed anidrobionti. La disponibilità di tali protocolli, oltre all’ottenuta dimostrazione che i tardigradi essiccati esprimono più Hsp70 rispetto a quelli attivi, rappresentano una valida base di partenza per il raggiungimento degli obiettivi sopraindicati. La piena realizzazione del progetto TARSE consentirà di ottenere i seguenti risultati: i. la rilevazione degli effetti dell’essiccamento, delle radiazioni e della microgravità sulla sopravvivenza sia di organismi in toto che di cellule in coltura; ii. la rilevazione di probabili danni al DNA genomico e dell’eventuale capacità di riparo; iii. la rilevazione dei fenomeni di apoptosi; iv. l’individuazione e la quantificazione di bioprotettori coinvolti nei meccanismi di resistenza all’essiccamento e alle radiazioni: Heat-shock proteins (Hsp70 e Hsp90) e Late Embryogenesis Abundant proteins (LEA); v. lo studio del ruolo di queste biomolecole nei meccanismi di protezione, nell’ipotesi di un loro utilizzo come contromisure degli effetti dannosi correlati all’invecchiamento, o per sviluppare tecniche di conservazione a lungo termine di cellule, o tessuti.

Risposte in modelli animali agli effetti dell’ambiente spaziale: i tardigradi, organismi resistenti a stress di ambienti estremi / Rebecchi, Lorena; Boschini, Deborah; Altiero, Tiziana; Bertolani, Roberto; Guidetti, Roberto. - STAMPA. - Volume unico:(2006), pp. 97-97. ((Intervento presentato al convegno I Convegno Nazionale Biomedicina e Spazio tenutosi a Monte Przio Catone, Roma nel 14-15 marzo 2006.

Risposte in modelli animali agli effetti dell’ambiente spaziale: i tardigradi, organismi resistenti a stress di ambienti estremi.

REBECCHI, Lorena;BOSCHINI, Deborah;ALTIERO, Tiziana;BERTOLANI, Roberto;GUIDETTI, Roberto
2006

Abstract

I tardigradi rappresentano un modello animale particolarmente valido per la comprensione dei meccanismi, a livello organismico e cellulare, di protezione dagli stress dell’ambiente spaziale. Sono infatti invertebrati microscopici (circa 0,3-0,5 mm) che per condurre vita attiva necessitano di almeno un velo d’acqua, ma quando questa non è disponibile, rallentano notevolmente, o sospendono, il metabolismo sopravvivendo essiccati (anidrobiosi), o congelati (criobiosi). Entrando in anidrobiosi producono bioprotettori (es. trealosio) che stabilizzano le membrane cellulari. In anidrobiosi resistono inoltre ad ulteriori stress, come ad esempio, temperature di 150°C, o vicine allo zero assoluto (-273°C), radiazioni ionizzanti 500 volte superiori a quelle che porterebbero all’immediata morte dell’uomo, atmosfere sature di CO2 e HNO3, immersione in alcoli e pressioni di 600 Mpa (Bertolani et al., 2004). I tardigradi attuano la criptobiosi (anidrobiosi e criobiosi) in qualunque fase del ciclo vitale; alcune specie possono essere allevate (Altiero & Rebecchi, 2001) risultando particolarmente longeve, tanto da superare l’anno di vita (Altiero, Rebecchi & Bertolani, 2006). Inoltre, a differenza di altri minuscoli metazoi, sono caratterizzati da divisioni cellulari anche nell’adulto. Indagini dell’U.O. sulle capacità criptobiotiche dei tardigradi (parzialmente finanziate da ASI, 2001) hanno consentito di dimostrare la presenza di differenze intra- ed interspecifiche nella sopravvivenza in anidrobiosi (Jönsson, Borsari & Rebecchi, 2001), la relazione fra tratti fenotipici dei tardigradi e sopravvivenza all’essiccamento (Jönsson & Rebecchi, 2002), la sopravvivenza a lungo termine in anidrobiosi (Rebecchi et al., 2006), la presenza di differenze interspecifiche nella capacità di resistere al congelamento (Guidetti et al., inviato).L’ambiente spaziale provoca sui viventi stress che accelerano il tasso di invecchiamento; per individuare strategie contro l’invecchiamento ed anche al fine di applicazioni biotecnologiche, viene qui proposto lo studio dei meccanismi molecolari che consentono ai tardigradi di resistere agli stress tipici di tale ambiente, in modo da acquisire conoscenze sui meccanismi di riparazione e mantenimento di cellule e organismi. In questa prospettiva si colloca dunque il progetto ASSC-TARSE (TArdigrade Resistance to Space Effect), inserito nell’area II (Cellule, Tessuti, Organi) del progetto MoMa. Il progetto ASSC-TARSE, utilizzando tardigradi in toto e loro cellule (storage cells) in coltura primaria, si propone di: i. valutare la sopravvivenza dei tardigradi dopo stress quali essiccamento, microgravità e radiazioni attraverso il confronto fra animali attivi e anidrobionti; ii. acquisire informazioni sulla fisiologia, la biochimica e il genoma dei tardigradi a seguito di tali stress; iii. acquisire informazioni sull’apoptosi. Durante l’elaborazione del progetto, l’U.O. ha messo a punto i protocolli per l’allestimento di colture primarie di storage cells, l’analisi del DNA genomico e l’analisi dell’espressione di Heat-shock proteins (Hsp) nei tardigradi attivi ed anidrobionti. La disponibilità di tali protocolli, oltre all’ottenuta dimostrazione che i tardigradi essiccati esprimono più Hsp70 rispetto a quelli attivi, rappresentano una valida base di partenza per il raggiungimento degli obiettivi sopraindicati. La piena realizzazione del progetto TARSE consentirà di ottenere i seguenti risultati: i. la rilevazione degli effetti dell’essiccamento, delle radiazioni e della microgravità sulla sopravvivenza sia di organismi in toto che di cellule in coltura; ii. la rilevazione di probabili danni al DNA genomico e dell’eventuale capacità di riparo; iii. la rilevazione dei fenomeni di apoptosi; iv. l’individuazione e la quantificazione di bioprotettori coinvolti nei meccanismi di resistenza all’essiccamento e alle radiazioni: Heat-shock proteins (Hsp70 e Hsp90) e Late Embryogenesis Abundant proteins (LEA); v. lo studio del ruolo di queste biomolecole nei meccanismi di protezione, nell’ipotesi di un loro utilizzo come contromisure degli effetti dannosi correlati all’invecchiamento, o per sviluppare tecniche di conservazione a lungo termine di cellule, o tessuti.
I Convegno Nazionale Biomedicina e Spazio
Monte Przio Catone, Roma
14-15 marzo 2006
Rebecchi, Lorena; Boschini, Deborah; Altiero, Tiziana; Bertolani, Roberto; Guidetti, Roberto
Risposte in modelli animali agli effetti dell’ambiente spaziale: i tardigradi, organismi resistenti a stress di ambienti estremi / Rebecchi, Lorena; Boschini, Deborah; Altiero, Tiziana; Bertolani, Roberto; Guidetti, Roberto. - STAMPA. - Volume unico:(2006), pp. 97-97. ((Intervento presentato al convegno I Convegno Nazionale Biomedicina e Spazio tenutosi a Monte Przio Catone, Roma nel 14-15 marzo 2006.
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