Il parassita Toxoplasma gondii può riprodursi solo nei gatti, quindi fa perdere ai topi infetti la paura dei gatti.(Credit: )
Un team di scienziati che lavora al Central Laser Facility (CLF) ha fatto una scoperta fondamentale per capire come un parassita chiamato Toxoplasma gondii si riproduce con il suo ospite. Il parassita, che causa una malattia chiamata toxoplasmosi, può infettare quasi tutti gli animali a sangue caldo ma deve riprodursi nei gatti, può controllare il comportamento del suo ospite e si pensa che infetti fino a metà della popolazione umana mondiale. Il lavoro è un passo importante verso lo sviluppo di una cura.
Se c’è una costante nel mondo naturale è che i predatori cacciano la preda e che la preda non ama essere mangiata e quindi cercherà di evitare i predatori se possibile – in altre parole, la preda scappa. Prendiamo il topo per esempio: i topi sono piuttosto in basso nella catena alimentare e, come tali, sono cacciati (e divorati) da un vero e proprio esercito di nemici predatori – uno dei quali è l’umile gatto domestico. Se c’è un animale che può essere garantito per stare alla larga da qualsiasi luogo in cui un gatto potrebbe essere, o potrebbe essere stato, è il topo.
Un indizio abbastanza grande che potrebbe esserci un gatto nelle vicinanze è la presenza di urina felina. Quindi i topi sono programmati per evitare qualsiasi luogo in cui percepiscono l’aroma inebriante della pipì di gatto. Ma di tanto in tanto arriva un topo che ha perso la sua paura dei gatti e, piuttosto che essere respinto dall’odore della pipì di gatto, ne è attratto – cercandola attivamente e poi rimanendo in giro fino a quando il gatto si trova improvvisamente presentato con uno spuntino notevolmente accondiscendente.
Perché allora un animale con innumerevoli generazioni di evitamento del predatore programmato in esso dovrebbe improvvisamente rompere quella programmazione e offrirsi come pasto? La risposta è un organismo microscopico monocellulare chiamato Toxoplasma gondii.
T. gondii non è un batterio o un virus, ma è in realtà un parassita lontano parente di quello che causa la malaria. Il T. gondii può vivere in quasi tutti gli animali a sangue caldo (infatti è stato recentemente individuato nelle balene beluga nell’Artico) ma può riprodursi solo nel sistema digestivo dei gatti, il che significa che, qualunque animale abbia infettato, se non è un gatto, vuole trovare la sua strada in un gatto.
Il ciclo di vita del parassita inizia all’interno di un gatto dove produce milioni di baccelli simili a uova chiamate oocisti. Queste vengono rilasciate nelle feci dell’ospite, pronte ad essere diffuse quando l’animale inconsapevole va al bagno. Altri animali possono essere infestati entrando in contatto direttamente con le feci o, più probabilmente, quando le oocisti si fanno strada nel suolo o nell’acqua, dove possono sopravvivere per mesi o anni – facendosi strada nella catena alimentare e nel prossimo ospite. Se l’ospite successivo non è un gatto, si fanno strada attraverso il corpo fino a trovare una bella cella accogliente in cui fare una nuova casa per stabilirsi, replicarsi e aspettare che il loro ospite venga mangiato da un gatto.
Il parassita Toxoplasma gondii visto utilizzando il laser OCTOPUS al CLF.
(Credit: Javier Periz et al, CLF)
Anche se il T. gondii può rimanere dormiente e aspettare per anni, il parassita ha la capacità di agire più direttamente facendosi strada nel cervello del suo ospite e alterandone il comportamento. Nel caso di piccoli animali da preda come i topi, il T. gondii può indurli ad essere attratti dall’urina di gatto e, in alcuni casi, camminare dritti nelle fauci dei felini affamati dove il parassita può iniziare il suo ciclo di vita ancora una volta.
Si pensa che il T. gondii raggiunga il suo trucco di controllo mentale formando cisti nelle regioni del cervello che elaborano la paura e il processo decisionale e possa anche influenzare il comportamento aumentando i livelli del neurotrasmettitore dopamina, che è coinvolto nel comportamento motivato dalla ricompensa e dall’assunzione di rischi.
Non sono solo i mammiferi pelosi e le balene che possono prendere il Toxoplasma gondii e la malattia che causa, la toxoplasmosi – anche gli umani possono essere portatori. Infatti, secondo alcune stime, fino alla metà di tutte le persone sulla Terra potrebbero essere portatori del parassita, con tassi di infezione molto più alti nei paesi in cui le condizioni igieniche sono scarse o la gente mangia più carne cruda (il T. gondii ama nascondersi nel tessuto muscolare).
Perché non può completare il suo ciclo di vita negli esseri umani, per la maggior parte siamo inconsapevoli che potremmo essere infettati. Nelle persone sane, la toxoplasmosi causa una lieve malattia simile all’influenza o nessun sintomo, ma, per quelli con un sistema immunitario indebolito, la malattia può, occasionalmente, essere fatale. Il T. gondii può formare cisti all’interno dei neuroni del cervello umano e negli individui immunocompromessi (come i malati di HIV) le cisti possono crescere e replicarsi – causando infiammazioni cerebrali fatali, demenza e psicosi.
La malattia non può essere trasmessa tra gli esseri umani ma può essere trasmessa tra una madre incinta e il bambino non ancora nato, il che rende particolarmente pericolosa la toxoplasmosi durante la gravidanza. Questo perché un neonato in via di sviluppo è protetto solo dagli anticorpi della madre, ma le sue cellule T, che sono le armi più efficaci contro batteri e parassiti, non possono passare nel feto (se lo facessero, lo tratterebbero come se fosse un enorme parassita e lo attaccherebbero). Senza cellule T per controllare la diffusione dei parassiti, questi possono moltiplicarsi in modo incontrollato causando danni cerebrali o addirittura aborti spontanei.
Può anche essere che anche quelli di noi con un sistema immunitario sano non siano completamente immuni all’influenza del T. gondii. Ci sono alcune prove che la toxoplasmosi potrebbe alterare la personalità delle persone – aumentando i comportamenti a rischio e forse aumentando la possibilità di sviluppare disturbi mentali come la schizofrenia, l’autismo e il morbo di Alzheimer.
Al momento non esiste una cura per la toxoplasmosi perché, fino a tempi relativamente recenti, si credeva che, ad eccezione di alcuni casi, la malattia fosse abbastanza benigna. Ora, però, il T. gondii è diventato il centro di alcune indagini piuttosto intense da parte di parassitologi, biologi e, grazie alle sue potenziali caratteristiche di alterazione del comportamento, da parte degli psichiatri. Uno degli ultimi studi per indagare il parassita è stato recentemente condotto utilizzando la struttura OCTOPUS presso la Central Laser Facility (CLF). OCTOPUS (Optics Clustered to Output Unique Solutions) utilizza la luce laser per agire come un microscopio super potente in grado di catturare immagini di materiale biologico vivente a livello molecolare.
Per sviluppare una cura è importante capire come il parassita infesta le sue cellule ospiti e come si replica. Si sa che il T. gondii ha una serie di organelli specializzati (minuscole strutture che svolgono compiti specifici all’interno di una cellula) chiamati micronemi che, quando rilasciano il loro contenuto, permettono al parassita di attaccarsi alle cellule ospiti, muoversi e poi invaderle. Una volta all’interno della cellula, il parassita si divide più volte fino a quando i parassiti maturi sono completamente formati e in grado di scoppiare le cellule ospiti.
Quello che non si capisce è come il parassita si divide per produrre un parassita maturo che è in grado di infettare nuove cellule ospiti. La nuova ricerca è stata condotta dal Dr Javier Periz dell’Istituto di Infezione, Immunità e Infiammazione dell’Università di Glasgow, dal Prof. Markus Meissner dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco e dal Dr Lin Wang del Central Laser Facility del STFC. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, si è concentrato sulla risposta a due domande chiave su questo processo. In primo luogo, come il parassita si assicura che gli organelli del microneme si trovino nella giusta posizione sul parassita maturo per garantire la massima infezione; e, in secondo luogo, cosa succede a questi organelli dopo ogni giro di divisione.
Utilizzando tecniche di microscopia a super-risoluzione disponibili al CLF, il team è stato in grado di seguire la posizione dei micronemi con poche decine di precisione nanometrica durante il processo di divisione. Sono stati in grado di mostrare che c’è una rete di tracce mobili che il parassita usa per trasportare le proteine, chiamate adesine, che usa come una sorta di colla per attaccarsi alla cellula ospite.
Il complesso ciclo di vita del parassita Toxoplasma gondii.
(Credit: Creative Commons)
Hanno anche scoperto che gli organelli sono prodotti in ogni turno di divisione e passati dalla cellula madre alle cellule figlie. Questo riciclaggio di organelli significa che il parassita è in grado di recuperare materiali preziosi che sono necessari al T. gondii per propagarsi e diventare un parassita infettivo maturo. Questo significa anche che, pur essendo un parassita (che, per definizione, sfrutta le risorse degli altri), il T. gondii è in grado di riciclare le proprie risorse e fare in modo che nulla venga sprecato per garantire la sua sopravvivenza all’interno della cellula infettata. Vedere un parassita che usa le sue risorse in modo così efficiente è una scoperta unica.
Questa scoperta aprirà una nuova area di ricerca che avrà il potenziale di sviluppare trattamenti che potrebbero interrompere questo processo e impedire al parassita di replicarsi e svilupparsi. Comprendere il ruolo delle adesine significa che gli scienziati potrebbero sviluppare strumenti molecolari per interrompere la rete e ‘strappare’ e rompere le tracce per fermare il loro trasporto, impedire al parassita di aderire alle sue cellule ospiti e quindi renderlo non infettivo.
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