I difetti alla nascita legati alle anomalie cromosomiche spesso derivano dall’esposizione a sostanze chimiche nelle prime fasi della vita della madre, ma determinare quali siano le sostanze chimiche responsabili, rappresenta una sfida seria, simile alla risoluzione di un caso di omissione di soccorso, decenni dopo il fatto.
I ricercatori del College of Biological Sciences della UC Davis stanno sviluppando un metodo che rapidamente potrebbe identificare le sostanze chimiche dannose, grazie al supporto di pesci zebra dai riflessi rossi e verdi (detti anche zebrafish, sono piccoli pesci d’acqua dolce che vengono utilizzati come organismi modello per la ricerca biomedica). Il loro lavoro potrebbe giovare a milioni di persone nella Central Valley della California, sono ad alto rischio di esposizione ai pesticidi perché vivono o lavorano vicino a siti di produzione agricola.
L’esposizione ai pesticidi può causare nell’uomo problemi di salute sia acuti sia a lungo termine, compresi i danni al sistema riproduttivo, questi danni spesso si verificano perché le sostanze chimiche interferiscono con fasi sensibili dello sviluppo fetale, durante le quali si formano le cellule che un giorno produrranno spermatozoi o ovociti.
Trovare gli effetti generazionali
Sean Burgess, professore del Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare, ha affermato:
«Gli effetti si vedranno solo quando i bambini cresceranno e cercheranno di avere i propri figli, a quel punto, le donne potrebbero incorrere nell’infertilità o in ripetuti aborti spontanei; i bambini che partoriranno potranno essere a maggior rischio di sindrome di Down o di altre gravi condizioni causate dalla presenza di copie extra di cromosomi».
Sean Burgess sta lavorando con Bruce Draper, professore dello stesso dipartimento, per sviluppare una tecnica che potrebbe accelerare notevolmente lo screening delle sostanze chimiche e identificare più rapidamente quelle che causano effetti riproduttivi a lungo termine.
Sean Burgess ha detto:
«Il lasso di tempo che intercorre tra il “colpo di fortuna” chimico e le conseguenze riproduttive è spesso di decenni, stiamo riducendo questo tempo a poche settimane».
I test standard sono lenti e costosi perché si basano sui topi, che devono essere sezionati singolarmente ed esaminati da tecnici per vedere gli effetti delle sostanze chimiche sui tessuti riproduttivi.
Sean Burgess e Bruce Draper intendono aggirare questo processo macchinoso utilizzando un nuovo esemplare di pesce zebra (Danio rerio), questa specie di pesce d’acqua dolce, originaria dell’Asia meridionale, è molto diffusa negli acquari domestici. Viene anche spesso utilizzato come organismo modello per studiare le prime fasi dello sviluppo umano.
Bruce Draper ha affermato:
«Il 70% dei geni del pesce zebra ha una corrispondenza umana, chiamata ortologo. E se si considerano i geni coinvolti nell’oogenesi – la produzione di ovociti femminili – la percentuale è ancora più alta».
I pesci zebra si prestano bene allo studio degli effetti riproduttivi delle sostanze chimiche perché, a differenza dei mammiferi, il loro sesso non è determinato da speciali cromosomi X o Y. È invece determinato in parte da indicazioni ambientali: in cattività, circa la metà dei pesci si sviluppa come femmina, ma se le larve di pesce sono esposte a sostanze chimiche che interrompono l’oogenesi, una percentuale maggiore di loro si svilupperà come maschio. Ciò significa che gli scienziati possono esaminare la tossicità riproduttiva di una sostanza chimica esponendovi alcune decine di larve di pesce zebra e aspettando diverse settimane per vedere se il rapporto percentuale tra i sessi si sposta verso i maschi.
Sean Burgess e Bruce Draper stanno sviluppando una strategia per farlo, utilizzando pesci zebra geneticamente modificati che mostrano il loro sesso in modo evidente, attraverso la codifica dei colori.
I pesci, sviluppati dai ricercatori del laboratorio di Bruce Draper, presentano tre modifiche genetiche:
– in primo luogo, le cellule del Sertoli, presenti solo nella gonade maschile, producono una proteina fluorescente verde;
– in secondo luogo, gli ovociti (o uova immature), presenti solo nella gonade femminile, producono una proteina fluorescente rossa;
– infine, i pesci producono una quantità minore del loro pigmento naturale, rendendo il loro corpo più trasparente, in modo che i colori rosso o verde delle gonadi risultino più chiari.
I pesci zebra sono più facili e meno costosi da curare rispetto ai roditori. Sean Burgess e Bruce Draper prevedono di allevare 80 larve in ogni vasca, esponendo gli animali a una sostanza chimica selezionata tra i 10 e i 20 giorni dopo la fecondazione. Normalmente si dovrebbe aspettare fino a 90 giorni dopo la fecondazione per distinguere visivamente i maschi e le femmine di pesce zebra, ma le gonadi colorate dei pesci dovrebbero permettere di farlo a 40 giorni.
Bruce Draper ha affermato:
«Dovremmo essere in grado di determinare il sesso di una coorte di 80 animali, quasi contemporaneamente, semplicemente scattando una foto».
La percentuale insolitamente alta di maschi o femmine, o la presenza di animali intersessuali con gonadi che brillano sia di rosso sia di verde, indicherebbe che la sostanza chimica è tossica per il sistema riproduttivo.
Test GloNad
Lo scorso aprile il Programma Progetti Pilota del Centro di Scienze della Salute Ambientale della UC Davis ha concesso un finanziamento a Sean Burgess e Bruce Draper per sviluppare il loro test “GloNad” per lo screening della tossicità. I due ricercatori per gli effetti sulla riproduzione, sperano di poter iniziare a usarlo nel corso di quest’anno in un esperimento pilota per esaminare nove dei pesticidi più comunemente usati in California.
Il test iniziale potrebbe aprire la strada a un uso più ampio del test GloNad. Attualmente lo Stato della California conosce novanta pesticidi che causano difetti alla nascita o danni alla riproduzione, ma queste tossicità potrebbero essere potenzialmente collegate a una gamma più ampia di pesticidi e ad altre sostanze chimiche, come i bisfenoli, utilizzati nella produzione di alcune materie plastiche.
La vera forza del test GloNad è che potrebbe essere ampliato per testare molte più sostanze chimiche di quelle attualmente possibili. E ognuna di queste sostanze potrebbe essere testata su un gran numero di pesci, consentendo di individuare anche rari effetti riproduttivi.
Bruce Draper in conclusione sul test ha detto:
«È molto più efficiente che qualsiasi altra cosa in circolazione. Abbiamo grandi aspettative che funzioni».
