Le membrane cellulari costituiscono l’esterno di tutte le cellule e sono una struttura di base che si trova nella maggior parte degli organismi viventi. Ma possono anche aiutare i parassiti a sopravvivere nel corpo umano, svolgere un ruolo importante nella crescita del cancro e racchiudere e proteggere virus mortali, compreso quello che causa il COVID. Gli scienziati stanno cercando di capire come funzionano i doppi strati (membrane cellulari a due strati) e se possono essere utilizzati per sviluppare nuovi farmaci per combattere le infezioni.
E noto da molto tempo che le cellule viventi sono racchiuse da uno strato grasso che separa le diverse cellule. Questo puo essere chiaramente visto nelle cellule della buccia di cipolla rossa in cui il colorante che conferisce alla cipolla il suo colore caratteristico e confinato in questi strati. Basandosi sul lavoro precedente, Seymour Singer e Garth Nicolson hanno suggerito una struttura per questo strato nel 1972 che hanno chiamato il modello del mosaico fluido.
Da allora e stato scoperto che il loro modello spiega molte caratteristiche negli organismi viventi. Il doppio strato fa anche parte della struttura e della funzione di molti virus come l’influenza e il SARS-Covid-2. Le particelle virali possono usarlo come strato protettivo che li aiuta a diffondersi. Ad esempio, possiamo tracciare come una particella virale di SARS-Covid-2 entra in una cellula polmonare e cosa succede dopo.
Quando una di queste particelle virali entra in una cellula polmonare, rilascia il suo acido ribonucleico (RNA) – codice genetico a filamento singolo. Questo si traduce in proteine ​​virali su strutture a forma di palla chiamate ribosomi che sono attaccate alle membrane all’interno della cellula ospite. Queste proteine ​​virali vengono quindi trasportate in un’altra parte della cellula chiamata apparato di Golgi che le racchiude in doppi strati lipidici (grassi). Quindi fanno un ulteriore viaggio, fondendosi con la membrana superficiale della cellula, prima di lasciarla del tutto – un processo noto come esocitosi.
Le particelle di virus subiscono una serie di modifiche prima di diffondersi. Ralf Geithe/Shutterstock
Quando il virus lascia la cellula, porta con se alcune delle membrane della cellula ospite. E il virus, ora dotato di un mantello protettivo, tentera di infettare un’altra cellula polmonare o di essere rilasciato nell’aria mentre respiriamo o tossiamo.
Distruggere il virus
I biochimici di un team guidato da Valerie O’Donnell dell’Universita di Cardiff stanno cercando di saperne di piu su questo doppio strato con la speranza che i farmaci possano essere progettati per combattere il virus stesso. Coltivando il virus COVID in laboratorio ed estraendo da esso il lipide, hanno scoperto che la sua membrana superficiale e molto diversa da quella della membrana superficiale dell’ospite: ha molto meno colesterolo e sfingomielina (un componente lipidico grasso) e molti piu lipidi che puo aumentare la coagulazione del sangue.
Quando osserviamo il modo in cui il virus acquisisce la sua membrana, un certo numero di farmaci potrebbe essere utilizzato per interrompere il suo percorso. Questo e stato fatto prima. Gli scienziati che lavoravano con i bacilli tubercolari negli anni ’50 hanno dimostrato che alcuni detergenti innocui hanno interrotto l’infezione da tubercolosi che causano. Con il COVID, il lavaggio delle mani diffuso, l’uso di disinfettante per le mani e collutorio ha attaccato il doppio strato del virus e lo ha distrutto.
Forse il virus produrra, per mutazione, un nuovo ceppo con un doppio strato piu resistente. Il laboratorio di Cardiff sta esaminando la composizione lipidica di diversi ceppi ei risultati potrebbero indicare nuovi percorsi per l’evoluzione dei virus e il loro trattamento.
Altri ruoli per i doppi strati
Le larve di schistosoma cambiano per sopravvivere nel sangue umano. Mohammed_Al_Ali/Shutterstock
I doppi strati sono anche coinvolti nell’infezione degli esseri umani da malattie come la schistosomiasi (nota anche come bilharzia). Le larve infettive che nuotano nell’acqua penetrano nella pelle umana e il doppio strato sulla superficie larvale si trasforma immediatamente in un doppio strato unico per consentirle di sopravvivere nel sangue umano. Le larve si ricoprono quindi con i lipidi di questo sangue e gli scienziati hanno suggerito che questo maschera la membrana dalla risposta immunitaria degli ospiti, in altre parole, noi.
Un’altra ipotesi avanzata dagli scienziati in Egitto sulla tenacita di questo doppio doppio strato deriva dalla quantita di sfingomielina, che hanno scoperto che protegge la membrana formando legami idrogeno in superficie. Si pensa che questo impedisca l’accesso agli anticorpi e alle cellule immunitarie. Ridurre la quantita di sfingomielina con l’acido arachidonico – un acido grasso presente nell’organismo e utilizzato anche in alcuni integratori – puo agire come farmaco contro la malattia. Di solito e usato in combinazione con un altro farmaco chiamato praziquantel che attacca la membrana del parassita.
Un’eccezione alla generalizzazione che i doppi strati sono in tutte le cellule viventi sono i nematodi parassiti e del suolo. Un numero enorme di questi si trova nel suolo: quelli che non colpiscono altre piante o animali come Caenorhabditis , ma anche numerose altre specie di parassiti animali e vegetali dei tropici e delle zone temperate. Questi organismi hanno una superficie in cui si pensa che i lipidi siano disposti in insolite strutture esagonali per formare grandi zattere che danno una struttura alternativa al doppio strato che si trova nella maggior parte delle cellule.
Lo studio dei lipidi puo sorprenderci e portare a nuove idee sulla vita e la sua struttura, ma anche, eccitante, verso farmaci che possono essere sviluppati per disturbare la struttura delle membrane lipidiche di agenti patogeni, tumori e altre infezioni umane.
