I parassiti della malaria si muovono su eliche destrorse
I modelli di movimento favoriscono la transizione tra i compartimenti tissutali
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Con un numero di vittime che si aggira intorno ai milioni, la malaria è una malattia infettiva causata dalla puntura di una zanzara portatrice del parassita della malaria. Dopo aver penetrato la pelle, l'agente patogeno si muove con traiettorie elicoidali. Quasi sempre ruota verso destra, come ha recentemente scoperto un team di fisici e ricercatori sulla malaria dell'Università di Heidelberg. Utilizzando tecniche di imaging ad alta risoluzione combinate con simulazioni al computer, i ricercatori hanno dimostrato che l'agente patogeno utilizza queste eliche destrorse per controllare il suo movimento nel passaggio da un compartimento tissutale all'altro. Questo modello di movimento è reso possibile da un'asimmetria finora inspiegabile nella pianta del corpo dell'organismo unicellulare. Secondo i ricercatori, le loro scoperte potrebbero contribuire a migliorare la sperimentazione di nuovi farmaci e vaccini.
L'agente patogeno della malaria, il Plasmodium, viene trasmesso dalle ghiandole salivari della zanzara alla pelle dell'ospite. In questa fase iniziale, il parassita unicellulare ha una forma a mezzaluna. Questa insolita forma cellulare è responsabile dei caratteristici movimenti elicoidali dei cosiddetti sporozoiti. Questi movimenti rendono più facile per l'agente patogeno arricciarsi intorno ai vasi sanguigni o fare presa sui tessuti circostanti, come hanno dimostrato il fisico Prof. Dr. Ulrich Schwarz e il ricercatore sulla malaria Prof. Dr. Friedrich Frischknecht in un precedente lavoro di collaborazione. "Le nostre nuove indagini dimostrano che i parassiti della malaria si muovono quasi esclusivamente su eliche destrorse in ambienti tridimensionali", spiega il Prof. Schwarz, che dirige il gruppo di ricerca Physics of Complex Biosystems presso l'Istituto di Fisica Teorica dell'Università di Heidelberg.
Negli esperimenti condotti presso il Centro per le Malattie Infettive dell'Ospedale Universitario di Heidelberg, gli scienziati hanno esplorato quale funzione biologica potrebbe avere questo movimento destrorso. Come sostituto del tessuto, hanno utilizzato idrogeli sintetici, che consentono di utilizzare processi di imaging ad alta risoluzione e un confronto quantitativo con le simulazioni al computer del movimento cellulare. Nel corso del processo, i ricercatori hanno scoperto che i parassiti sul fondo dell'idrogel sul substrato di vetro si comportano in modo diverso rispetto a quelli applicati a un vetrino direttamente da una soluzione fluida. Nel primo caso, i parassiti ruotano in senso orario sul vetro; nel secondo, ruotano in senso antiorario. Su questa base, i ricercatori hanno concluso che il movimento destrorso è la chiave del modo in cui il parassita penetra nei diversi compartimenti.
"Sospettiamo che questa chiralità si sia sviluppata nel corso dell'evoluzione per consentire al patogeno di passare da un compartimento tissutale all'altro del corpo dell'ospite in modo rapido e sempre nello stesso modo", spiega Friedrich Frischknecht, professore di parassitologia integrativa presso la Facoltà di Medicina di Heidelberg dell'Università di Heidelberg e ricercatore presso il Centro per la ricerca sulle malattie infettive integrative dell'Ospedale universitario di Heidelberg. I diversi modelli di movimento su substrati convenzionali in soluzione e provenienti da un idrogel tridimensionale potrebbero spiegare perché gli sporozoiti erano così scarsi nell'infettare le cellule epatiche in precedenti esperimenti di laboratorio. "I nostri risultati dimostrano che fa una grande differenza se gli agenti patogeni vengono applicati direttamente sul vetro o se prima si muovono attraverso un tessuto", aggiunge il dottor Mirko Singer, postdoc nel gruppo del professor Frischknecht. Le attuali scoperte sul movimento dei parassiti potrebbero quindi contribuire a migliorare i saggi sperimentali e a sviluppare nuovi approcci alla prevenzione delle infezioni.
Combinando immagini ad alta risoluzione e modelli matematici, i ricercatori sono riusciti anche a scoprire il meccanismo molecolare sottostante. Un precedente lavoro teorico aveva rivelato come la speciale forma a mezzaluna del parassita ne determini il movimento. "Le nostre simulazioni al computer hanno confermato che solo un'asimmetria all'estremità anteriore del parassita potrebbe essere responsabile dei modelli di movimento osservati sperimentalmente", afferma Leon Letterman, dottorando del gruppo guidato dal Prof. Schwarz. Utilizzando la microscopia a super-risoluzione, i ricercatori hanno identificato una caratteristica distintiva nella pianta del corpo del parassita che determina una distribuzione non uniforme della forza lungo il corpo.
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