Uno studio di ricercatori dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia e di colleghi giapponesi getta le basi per scoprire come miscele di sostanze tossiche interagiscono negli organismi viventi. I risultati di questo studio hanno implicazioni nella tossicologia generale, con specifici risvolti applicativi nell’ambito della sicurezza degli alimenti. L’identificazione degli effetti negativi posti alla salute umana da contaminanti i prodotti alimentari, infatti, è elemento necessario alla caratterizzazione dei rischi cui possono essere esposti i consumatori.
La scoperta riguardante le risposte molecolari di cellule umane in coltura esposte a una miscela di due tossine che possiedono diversi meccanismi d’azione ha suscitato vasto interesse tra la comunità scientifica internazionale, tanto che di recente (15 giugno) Chemical Research in Toxicology, rivista dell’American Chemical Society, ha deciso la pubblicazione dei risultati di questo studio, accompagnato da un editoriale del comitato editoriale della rivista di presentazione delle loro implicazioni e ricadute.
Lo studio è stato condotto presso il Dipartimento di Scienze Biomediche, nell’ambito delle attività sviluppate dal Centro di Ricerca Interdisciplinare di Scienze e Tecnologie per la Qualità e Sicurezza degli Alimenti, con il supporto tecnico del Centro Interdipartimentale Grandi Strumenti dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia e l’impiego di strumentazione acquisita con finanziamenti della Fondazione Cassa di Risparmio di Modena, ed ha visto protagonisti un gruppo coordinato dal prof. Gian Paolo Rossini, in collaborazione col prof. Albertino Bigiani, e studiosi giapponesi: il prof. Takeshi Yasumoto, ora presso l’Okinawa Science and Technology Promotion Center, e i professori Makoto Sasaki e Haruhiko Fuwa della Graduate School of Life Sciences, presso la Tohoku University.
“Con la nostra ricerca – spiega il prof. Gian Paolo Rossini dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia – abbiamo visto che le risposte a una combinazione di due sostanze tossiche, ciascuna con un proprio meccanismo d’azione diverso dall’altra, sono sì del tipo azione-reazione, ma non nel senso che vi sia un solo tipo di risposta possibile (due sostanze danno sempre, ad esempio, effetti indipendenti, qualunque effetto si vada a valutare), bensì che, presa una risposta alla volta, si ha sempre un tipo d’effetto indotto dalla contemporanea presenza delle due tossine. Se consideriamo invece l’insieme delle risposte scatenate dalle due sostanze, troviamo contemporaneamente molteplici tipologie (risposte simili, indipendenti, sinergiche e anche antagoniste) e ciascuna risposta ha la propria. Individuata quindi la tipologia di una risposta, non si può presumere che tutte le altre siano dello stesso tipo. Così, una qualunque risposta non può essere prevista a priori come semplice sovrapposizione delle risposte indotte individualmente dalle due sostanze, ma va verificato cosa accada in riferimento a quella specifica risposta”
La caratterizzazione delle risposte è stata condotta con metodiche sistemiche (analisi del proteoma) e ha dimostrato che il trattamento simultaneo con due tossine induce risposte molecolari distinte a seconda della singola risposta molecolare analizzata. In alcuni casi le risposte sono sinergiche, in altri sono indipendenti, mentre in altri ancora sono antagoniste, e una tossina si oppone alla manifestazione della risposta indotta dall’altra. Lo studio dimostra così che la risposta di cellule a combinazioni di sostanze tossiche non può essere semplicemente prevista come sovrapposizione delle risposte indotte individualmente dalle due sostanze.
“Poniamo un esempio fantasioso ma vicino al senso comune (quindi a livello di organismo, che non è quello molecolare della nostra sperimentazione). Prendiamo – dice il prof. Gian Paolo Rossini – una tossina A, che, immaginiamo, causa mal di testa, abbassamento di pressione e sonnolenza. E prendiamo un’altra tossina B che causa il mal di pancia, depressione e aumenta l’appetito. Non si può presumere che se siamo esposti ad A e B contemporaneamente avremo mal di testa, abbassamento di pressione, sonnolenza, mal di pancia, depressione e aumento dell’appetito. Non si può neanche presumere che, se siamo esposti contemporaneamente ad A e B, e verifichiamo che aumenta il nostro mal di testa, allora dobbiamo aspettarci che si accentueranno anche gli altri effetti di A (ignorando quelli di B per semplicità), e avremo un ulteriore abbassamento di pressione e ci addormenteremo guidando l’auto. Si potrà invece dare che, se siamo esposti contemporaneamente ad A e B avremo un aumento del mal di testa, la pressione tornerà normale, saremo comunque assonnati ma non avremo mal di pancia, saremo euforici e non avremo mai fame. I nostri risultati ci consentono di fare conclusioni a livello molecolare. Gli altri livelli sono da sondare, per verificare se le nostre conclusioni sono applicabili anche ad altri livelli di complessità tipo quello dell’esempio che ho proposto”.
All’elemento di novità contenutistico, infatti, se ne affianca un’altro, di tipo metodologico. La maggior parte degli studi sui meccanismi di tossicità, infatti, è stata finora centrata sugli effetti di singoli componenti. Nella realtà, tuttavia, gli organismi sono esposti contemporaneamente a una molteplicità di agenti tossici, ma in poche indagini si è finora tentato di affrontare la complessità delle interazioni fra diverse sostanze tossiche. La metodologia sviluppata in questo studio fornisce, invece, nuovi mezzi per affrontare questa complessità, ponendo le basi per scoprire come miscele di sostanze tossiche interagiscono negli organismi viventi.
“Risultati come quelli di questo studio – commenta il prof. Sebastiano Calandra Buonaura, Direttore del Dipartimento di Scienze Biomediche – mettono in luce diversi elementi di rilievo per l’istituzione universitaria nel suo complesso. Da un lato, infatti, mostrano come il potenziale scientifico delle nostre strutture universitarie sia riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale, tanto più quando, come in questo caso, è riconoscibile la posizione trainante del gruppo italiano nella ideazione dell’indagine. Dall’altro sottolineano l’impatto formativo dello studio, in quanto i giovani collaboratori, che costituiscono il motore delle indagini, hanno avuto la possibilità di inserire le elaborazioni e le metodologie impiegate in questo lavoro fra gli elementi base della loro professionalità. Infine, simili studi, dimostrano l’efficacia di interazione collaborativa di attori diversi, quali le strutture dipartimentali, il Centro Interdipartimentale Grandi Strumenti ed il contributo finanziario della Fondazione Cassa di Risparmio di Modena.
Il contributo dei ricercatori modenesi e giapponesi fornisce così l’impianto formale e strumenti operativi per poter affrontare a livello molecolare l’individuazione degli effetti avversi che possono manifestarsi nei consumatori quando questi sono esposti simultaneamente a miscele di sostanze dannose.
GIAN PAOLO ROSSINI – Curriculum Vitae
Gian Paolo Rossini è nato a Bologna nel 1952. Nel 1976 si è laureato in Scienze Biologiche presso l’Università di Bologna. Dal settembre 2000 è Professore ordinario presso l’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia dove tiene diversi insegnamenti di Biochimica nei corsi di studio nelle aree delle Biotecnologie e Chimica. Gian Paolo Rossini ha trascorso diversi periodi di lavoro all’estero. Dal gennaio 1979 al gennaio 1981 è stato “Research associate” presso il Ben May Laboratory for Cancer Research della University of Chicago (U.S.A). Invitato come “Guest scientist” dal prof. Jan-Åke Gustafsson, ha trascorso il periodo gennaio-dicembre 1985 presso il Department of Medical Nutrition del Karolinska Institutet (Svezia). Inoltre, ha trascorso il periodo settembre 1994 – agosto 1995 presso il Département de Biochimie dell’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (Francia).Dal 1979 svolge a tempo pieno attività di ricerca sui meccanismi molecolari della trasduzione dei segnali chimici e la loro alterazione da parte di molecole endogene ed esogene. Le sue indagini più recenti sono state indirizzate alla valutazione delle basi molecolari delle alterazioni della funzionalità cellulare indotte da tossine marine, nonché i meccanismi molecolari d’azione, i pattern di risposta, e i network di comunicazione fra sostanze bioattive in sistemi biologici. I risultati delle sue ricerche sono stati oggetto di circa 70 pubblicazioni su importanti riviste scientifiche internazionali.
