Dopo aver sfidato l’idea che il nostro ambiente non possa alterare il nostro ciclo sonno-veglia di 24 ore geneticamente controllato, un gruppo di ricerca del ritmo circadiano ha intrapreso un nuovo progetto che traccia il meccanismo tra i segnali ambientali e l’orologio circadiano. A partire dalla regolazione del metabolismo, il gruppo è alla ricerca di punti all’interno della vasta rete di controllo biologico derivante dall’orologio circadiano per trovare geni che rispondono ai segnali ambientali, come un eccesso o una carenza di nutrienti. Questo progetto è stato recentemente premiato con un prestigioso premio della National Science Foundation.
Il loro obiettivo è combinare   la sperimentazione biologica in vivo e l’analisi dei big data per identificare i punti in cui i segnali ambientali possono essere utilizzati per regolare ciò che l’orologio controlla nel corpo. Il metabolismo è un ottimo punto di partenza perché il nostro orologio esercita uno stretto controllo sul metabolismo. Il sistema circadiano è composto da un insieme di proteine ​​centrali che anticipano il ciclo giorno/notte per migliorare la salute e il benessere in un organismo sintonizzando le oscillazioni quotidiane nei livelli di un’ampia gamma di enzimi e ormoni. L’orologio circadiano influenza un’ampia gamma di parametri fisiologici, tra cui la temperatura corporea e la risposta immunitaria.
È stato a lungo pensato che il nostro orologio biologico rimanga costante nonostante i fattori ambientali, proprio come l’orologio di una nave ticchetta costantemente nonostante il dondolio variabile delle onde. Ma una recente ricerca, incluso  un articolo pubblicato dal gruppo nel 2017 , ha capovolto quel quadro. Queste rivelazioni mostrano che fattori come l’invecchiamento e l’inquinamento possono influenzare il controllo dell’orologio sulla biologia dell’organismo, dimostrando che mentre l’orologio ha un’influenza pervasiva sulla biologia, c’è una maggiore flessibilità nel suo meccanismo rispetto a quanto precedentemente compreso.
Quello che stanno scoprendo è che mentre i ritmi circadiani sono strettamente legati a un ciclo di 24 ore, ciò che l’orologio sta controllando nella cellula cambia in base all’ambiente. Puoi visualizzarlo come un orologio a cucù che tiene sempre il tempo, ma ha ingranaggi che attivano o disattivano il cuculo in base alle preferenze del proprietario.
In collaborazione con il Rensselaer Institute for Data Exploration and Applications, il team ha sviluppato tecniche analitiche che applicherà ai big data biologici per tracciare la relazione tra l’ambiente e il sistema circadiano attraverso il lavoro sul fungo e sul sistema modello circadiano  Neurospora crassa. In un esempio di questo fenomeno, i ricercatori hanno raccolto dati sull’attività dei geni in  Neurospora  per due giorni e hanno sviluppato metodi analitici che consentono loro di cercare modelli nell’attività dei geni. La loro analisi ha mostrato che i modelli di alcuni geni sensibili all’ambiente potrebbero prevedere i modelli di altri geni controllati dall’orologio, indicando un collegamento.
Stanno ipotizzando di poter utilizzare i loro strumenti analitici per identificare la riprogrammazione metabolica dei geni che controllano i cambiamenti fisiologici in una cellula. Una comprensione di come funziona questo processo permetterà di capire come il metabolismo e altri fattori ambientali possono influenzare ciò che l’orologio circadiano controlla. È importante comprendere come i fattori ambientali influenzano la biologia controllata dal ritmo circadiano in una varietà di organismi, dalla  Neurospora  all’uomo. Questa impresa su larga scala stabilisce un nuovo modello per tale ricerca. Ci si aspetta che i risultati del gruppo di ricerca saranno molto influenti e illumineranno nuovi percorsi di ricerca in questo campo emergente.

Daniele Corbo

Bibliografia: Rensselaer Polytechnic Institute

Immagine: Freedom of mind (Tetiana Shulik)