Sostanze chimiche prodotte dagli scarabei per autodifesa utili per applicazioni bioingegneristiche e biomediche

I ricercatori della Pennsylvania State University (conosciuta anche come Penn State) hanno fatto un’interessante scoperta chimica:
«I coleotteri carabidi producono sostanze chimiche caustiche che spruzzano per difendersi dai predatori, il composto che protegge il loro corpo da queste sostanze tossiche rivela promettenti utilizzi in applicazioni bioingegneristiche e biomediche».
La famiglia Carabidae rappresenta una linea d’insetti molto diversificata, con quasi 40.000 specie, uno dei tratti che permette loro di prosperare è un sistema ghiandolare unico: per allontanare insetti, anfibi e persino piccoli mammiferi predatori che vogliono mangiare i coleotteri, produce, immagazzina e secerne sostanze chimiche tossiche come acido formico, fenolitici e perossido d’idrogeno concentrato.
Le ghiandole pigidiali situate nell’addome, producono sostanze chimiche difensive, sono collegate a una camera serbatoio muscolare attraverso un lungo condotto di raccolta. Il serbatoio nella maggior parte dei coleotteri carabidi si apre con un condotto all’estremità dell’addome.
I tessuti che compongono il sistema ghiandolare e che contengono le sostanze chimiche difensive sono stati a lungo un mistero per gli entomologi.
Tanya Renner, assistente professore di entomologia, il cui gruppo di ricerca presso il College of Agricultural Sciences ha recentemente scoperto che la resilina proteina elastomerica ha permesso ai carabidi scarabei di essere i chimici del mondo degli insetti, ha detto:
«Non avevamo idea della composizione di questi tessuti, producono più di 250 diversi composti per proteggersi».
Studi precedenti non hanno rivelato come gli insetti siano in grado di evitare danni ai componenti ghiandolari causati da potenziali stress generati dalle contrazioni serbatoio-pompa o dagli effetti corrosivi delle sostanze chimiche difensive in essi contenute.
I ricercatori hanno trovato la risposta utilizzando la microscopia a scansione laser basata sull’autofluorescenza, un processo investigativo sperimentato nella precedente ricerca entomologica di Penn State.
I ricercatori usando questo metodo, mentre i tessuti emettono lunghezze d’onda di luce diversa secondo il loro contenuto, hanno esaminato attentamente i coleotteri terrestri della Pennsylvania. Hanno scoperto che i tessuti del sistema ghiandolare che trasporta le sostanze chimiche difensive sono ricchi di resilina morbida e gommosa, un composto presente in molti insetti e altri artropodi.
La resina fornisce elasticità ai tessuti meccanicamente attivi come le articolazioni delle zampe delle pulci o delle locuste. La resilina in precedenza non era nota per essere presente nei sistemi ghiandolari dei coleotteri.
Adam Rork, ricercatore in entomologia, ha detto:
«I coleotteri più volte possono spruzzare il contenuto della ghiandola pigidiale a distanza. I coleotteri della Pennsylvania quando non si difendono, sono amici dell’agricoltura, mangiano parassiti come afidi, larve di falena, lumache e coleotteri».
Adam Rork, per lo studio pubblicato sulla rivista Arthropod Structure & Development, ha raccolto i coleotteri del suolo da campi agricoli a pochi chilometri dal campus della Pennsylvania State Universit. Ha sezionato gli insetti e preparato i tessuti addominali per la scansione presso la Penn State Microscopy and Cytometry Facility.
Ha suggerito che le ghiandole pigidiali del carabide scarabeo – ricche di resilina – sono un’innovazione chiave e un adattamento evolutivo che ha permesso a una delle più grandi famiglie del regno animale di sopravvivere nel corso dei secoli. Ha detto:
«Mentre molto lavoro è stato fatto per descrivere la morfologia di queste ghiandole in molte sottofamiglie, c’è stato poco studio sulla composizione dei loro tessuti. I nostri risultati sono cruciali per capire non solo come queste strutture si sono evolute, ma anche come resistono allo stress di contenere ed espellere le sostanze chimiche citotossiche».
Tanya Rennero ritiene che la resilina oltre a migliorare la comprensione della composizione dei tessuti degli insetti, grazie alle sue insolite proprietà sia un composto che potrebbe essere utilizzato in future applicazioni bioingegneristiche e biomediche. Ha spiegato che attualmente vi è interesse tra gli scienziati per i composti che insetti e ragni producono, queste strutture si sono evolute, hanno dimostrato che sono abbastanza forti da resistere nel mondo reale. Ha detto:
«I composti persistono, spesso sono migliori dei materiali sintetici. La resina poiché è impermeabile e flessibile, molto resistente alle sostanze chimiche, sembra essere un forte candidato per un materiale barriera in applicazioni in cui abbiamo bisogno di tenere due sostanze chimiche diverse l’una dall’altra, ma all’interno dello stesso ambiente».
Adam Rork ha aggiunto:
«Un altro potenziale utilizzo è nell’ingegneria tissutale. La resina ha molte somiglianze con l’elastina, una proteina presente nel corpo umano, potrebbe essere utilizzata per progettare nuovi tessuti per persone con malattie o lesioni degenerative».

Pino Silvestri

About Pino Silvestri

Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
View all posts by Pino Silvestri →