Quando gli orsi e gli scoiattoli di terra vanno in letargo in inverno, smettono di mangiare, durando fino alla primavera semplicemente sulle riserve di grasso che hanno immagazzinato nei loro corpi. Di solito, questo tipo di digiuno prolungato e inattività ridurrebbe significativamente la massa e la funzione dei muscoli, ma gli ibernanti non subiscono questa sorte. Come lo evitano, tuttavia, è stato un mistero.

Ora, in una ricerca pubblicata su Scienza , un biologo dell'Université de Montréal ha capito perché, e le sue scoperte potrebbero avere implicazioni per, tra tutte, il futuro dei viaggi nello spazio. Studiando una varietà chiamata scoiattolo di terra a 13 linee che è comune in Nord America, Matthew Regan ha confermato una teoria nota come "recupero dell'azoto ureico" risalente agli anni '80.

La teoria postula che gli ibernanti sfruttino un trucco metabolico dei loro microbi intestinali per riciclare l'azoto presente nell'urea, un composto di scarto che viene solitamente escreto sotto forma di urina, e usarlo per costruire nuove proteine ​​tissutali.

In che modo questa scoperta potrebbe essere utile nello spazio? Teoricamente, sostiene Regan, aiutando gli astronauti a ridurre al minimo i propri problemi di perdita muscolare causati dalla soppressione della sintesi proteica indotta dalla microgravità e che ora cercano di ridurre esercitandosi intensamente.

Se si riuscisse a trovare un modo per aumentare i processi di sintesi proteica muscolare degli astronauti utilizzando il recupero dell'azoto ureico, potrebbero essere in grado di ottenere una migliore salute muscolare durante i lunghi viaggi nello spazio profondo in veicoli spaziali troppo piccoli per le normali attrezzature per esercizi, secondo l'argomento. /P>

"Poiché sappiamo quali proteine ​​​​muscolari vengono soppresse durante il volo spaziale, possiamo confrontare queste proteine ​​​​con quelle che sono migliorate dal recupero dell'azoto ureico durante il letargo", ha affermato Regan, che ha condotto questa ricerca mentre era post-dottorato presso l'Università del Wisconsin-Madison.

Ora sta continuando il suo lavoro attraverso una borsa di ricerca dell'Agenzia spaziale canadese presso l'UdeM, dove l'anno scorso ha assunto la posizione di assistente professore di fisiologia animale presso il Dipartimento di scienze biologiche.

"Se", ha continuato Regan, "c'è una sovrapposizione tra le proteine ​​del volo spaziale e quelle del letargo, allora questo processo potrebbe avere benefici per la salute muscolare durante il volo spaziale".

Un modello di ibernazione

Nel suo studio, Regan ha progettato una serie di tecniche ed esperimenti per indagare le fasi principali del processo di recupero dell'urea e fornire prove del fatto che si verifichino o meno nello scoiattolo di terra a 13 linee quando va in letargo.

Per fare ciò, nel loro laboratorio hanno iniettato nel sangue dei loro scoiattoli test l'urea "a doppia etichetta", il che significa che l'atomo di carbonio dell'urea era ¹³ C invece del solito ¹² C e i suoi atomi di azoto erano ¹⁵ N invece dei soliti ¹⁴ N. Queste etichette hanno permesso loro di tracciare il carbonio e l'azoto di origine urea attraverso le diverse fasi del processo di recupero dell'azoto ureico.

Questo processo, hanno scoperto, ha portato dal trasporto iniziale dell'urea dal sangue all'intestino, alla scomposizione dell'urea nelle sue parti componenti da parte dei microbi intestinali, al flusso di sostanze - chiamate metaboliti - contenenti azoto ureico nell'animale, e infine all'eventuale comparsa di questo azoto ureico nelle proteine ​​tissutali.

"Essenzialmente, vedendo ¹³ C e/o ¹⁵ L'N nei metaboliti in queste varie fasi indicava che provenivano dall'urea e, quindi, che il letargo stava utilizzando il recupero dell'azoto ureico", ha affermato Regan.

Ha fatto i suoi esperimenti sugli scoiattoli con e senza microbiomi intestinali in tre periodi dell'anno:l'estate, quando erano attivi e non in letargo; all'inizio dell'inverno, quando mancavano un mese al digiuno e al letargo; e nel tardo inverno, quando avevano quattro mesi di digiuno e letargo.

"Chiare prove di recupero di azoto"

Quello che hanno trovato era definitivo:in ogni fase del processo, c'era una chiara evidenza del salvataggio di azoto ureico da parte degli scoiattoli con microbiomi intestinali intatti.

È importante sottolineare che gli scoiattoli con microbiomi intestinali impoveriti non hanno mostrato prove di recupero di azoto ureico in nessuna fase, confermando che questo processo dipendeva interamente dalla capacità dei microbi intestinali di degradare l'urea, cosa che gli scoiattoli stessi non possono fare.

Regan e il suo team hanno anche fatto altri due importanti risultati:

• In primo luogo, l'incorporazione di azoto ureico nelle proteine ​​tissutali degli scoiattoli è stata massima durante la fine dell'inverno, suggerendo che il recupero dell'azoto ureico diventa più attivo con il procedere della stagione di ibernazione. Questo è diverso dalla maggior parte dei processi fisiologici durante il letargo, quando tendono a ridursi significativamente.
• In secondo luogo, c'erano prove che i microbi stessi stessero usando l'azoto ureico per costruire le loro nuove proteine, il che è utile per loro perché, come lo scoiattolo, sono in condizioni di ibernazione a digiuno. Pertanto, sia lo scoiattolo che i suoi microbi beneficiano del recupero dell'azoto ureico, il che rende questo processo una vera simbiosi.

Ciò significa, ha detto Regan, che gli scoiattoli escono dal letargo in primavera in buone condizioni. Questo è importante perché l'unica stagione degli amori dell'anno, che è un periodo di intensa attività fisica sia per i maschi che per le femmine, si verifica subito dopo l'uscita dal letargo. La funzione dei tessuti, in particolare la funzione dei tessuti muscolari, è quindi estremamente importante per una stagione di accoppiamento di successo.

"Facilitando la sintesi proteica muscolare alla fine della stagione del letargo, il recupero di azoto ureico può aiutare a ottimizzare la funzione muscolare degli scoiattoli emergenti e contribuire al loro successo riproduttivo durante la stagione degli amori", ha affermato Regan. "Il recupero dell'azoto ureico può quindi migliorare l'idoneità biologica complessiva degli animali."

Masse affamate e anziani

Al di là delle implicazioni per i viaggi nello spazio e per la salute degli astronauti, la scoperta di Regan potrebbe avere un impatto più immediato proprio qui sulla Terra, nelle masse affamate del mondo sottosviluppato e negli anziani.

Centinaia di milioni di persone in tutto il mondo sperimentano atrofia muscolare come conseguenza di varie condizioni:la denutrizione, ad esempio, colpisce oltre 805 milioni di persone in tutto il mondo. Più diffusa in Canada è la sarcopenia, un calo della massa muscolare legato all'età dovuto all'insensibilità anabolica che colpisce tutti gli esseri umani, portando a un calo del 30-50% della massa muscolare scheletrica tra i 40 e gli 80 anni.

"I meccanismi che i mammiferi come lo scoiattolo di terra a 13 righe si sono evoluti naturalmente per mantenere l'equilibrio proteico nelle loro situazioni limitate di azoto possono informare le strategie per massimizzare la salute di altri animali con limitazioni di azoto, compreso l'uomo", ha affermato Regan. Una soluzione potrebbe essere quella di sviluppare una pillola pre o probiotica che le persone potrebbero assumere per promuovere un microbioma intestinale del tipo che hanno gli ibernanti come gli scoiattoli.

"Per essere chiari, queste applicazioni, sebbene teoricamente possibili, sono molto lontane dalla consegna ed è necessario molto lavoro aggiuntivo per tradurre questo meccanismo naturalmente evoluto in modo sicuro ed efficace per gli esseri umani", ha affermato Regan.

"Ma una cosa che trovo incoraggiante è che uno studio dei primi anni '90 ha fornito alcune prove che gli esseri umani sono in grado di riciclare piccole quantità di azoto ureico attraverso lo stesso processo. Ciò suggerisce che i macchinari necessari sono in atto. Deve solo essere ottimizzato ."