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Etilene: fa maturare le banane, ora è il primo marker respiratorio delle infezioni

L’etilene (C2H4) è un importante ormone gassoso nelle piante, che media la crescita e la maturazione dei frutti, nonché le risposte allo stress. La sua produzione è sovraregolata in risposta a diversi fattori biologici (ad esempio agenti patogeni) e fisici (es. ferite, disidratazione, raffreddamento, ozono). La trascrittomica ha rivelato che la sintesi e la segnalazione dell’etilene sono state conservate per almeno 450 milioni di anni, precedendo persino la colonizzazione della terra. Negli animali non sono presenti gli omologhi degli enzimi biosintetici dell’etilene vegetale. Tuttavia, vi sono prove che i mammiferi possono formare etilene al danno ossidativo. Nei microsomi del fegato di ratto, il trattamento con rame ha comportato il rilascio di etilene. Questo effetto potrebbe essere bloccato dalla vitamina E (idrofoba), suggerendo che l’etilene è un prodotto di perossidazione lipidica. In effetti, l’ossidazione degli acidi grassi insaturi in sospensione può portare alla decomposizione della catena e alla formazione di piccoli alcheni incluso l’etilene. L’esposizione di ratti a nichel, tetracloruro di carbonio o acido δ-aminolevulinico ha portato a livelli rilevabili di etilene nel loro respiro.

Sta emergendo anche la rilevanza umana di questi esperimenti modello. In precedenza abbiamo dimostrato che gli esseri umani possono produrre etilene a causa del danno ossidativo. Dopo l’esposizione alla luce UV, l’etilene è stato trovato nel respiro espirato ed emanato dalla pelle di volontari sani. Nei pazienti sottoposti a chirurgia cardiaca, l’etilene è stato rilasciato durante specifici momenti di stress biologico, quali incisione cutanea e tissutale mediante diatermia o riperfusione non protetta di tessuto ischemico cardiaco regionale. Pertanto, l’etilene può essere formato in vivo come prodotto del danno ossidativo. Lo stress ossidativo indotto dalle specie reattive dell’ossigeno (ROS) è un componente chiave del sistema immunitario innato dei mammiferi durante l’infezione e l’infiammazione. Uno dei meccanismi più fondamentali che coinvolgono lo stress ossidativo è lo “scoppio respiratorio”, che si verifica quando neutrofili e macrofagi incontrano infezioni batteriche o fungine. Durante questa raffica, grandi quantità di ROS sono prodotte rapidamente dalle NADPH ossidasi (NOX). Tuttavia, gli effetti di questa risposta sono indiscriminati, influenzando sia i patogeni invasori che i tessuti dell’ospite.

Sebbene l’etilene sia meglio conosciuto come ormone vegetale, anche l’uomo lo produce come conseguenza dello stress ossidativo. Un team internazionale guidato da Simona Cristescu dell’Università di Radboud ha scoperto che l’etilene viene prodotto durante l’infiammazione e rilasciato rapidamente nell’espirato come biomarker di infezione batterica, con importanti implicazioni cliniche. Nella pubblicazione, specialisti del Radboud Trace Gas Facility e diversi gruppi medici di Radboud UMC, Johns Hopkins University e l’Imperial College London spiegano come si forma l’etilene come prodotto del cosiddetto burst respiratorio. Questo è un componente chiave del sistema immunitario, quando il corpo rilascia specie reattive dell’ossigeno per combattere i batteri invasori. Ne soffrono non solo i batteri bersaglio, ma anche il tessuto umano viene ferito. L’ossidazione dei lipidi nelle pareti cellulari provoca l’emanazione dell’etilene. Il team ha condotto diverse tipologie di esperimenti. Per prima ha confermato che una sospensione di fosfolipidi con acidi grassi insaturi, se esposta ad acqua ossigenata più solfato di ferro emette significative quantità di etilene già dopo 30 minuti. Mimando in colture cellulari l’infiammazione attraverso il lipopolisaccaride (LPS) batterico, la produzione di citochine (IL-6) è stata seguita da stress ossidativo e formazione di etilene quando veniva aggiunto del solfato di ferro.

A otto soggetti volontari a cui è stato somministrato LPS, il test respiratorio (breath test) è risultato positivo per l’etilene in due fasi, dopo due ore e al termine dell’ottava ora dall’esposizione. Laurent Paardekooper, ricercatore presso il centro medico dell’Università Radboud e primo autore dell’articolo, spiega: “La prima applicazione possibile che vedo è il monitoraggio continuo dei pazienti sottoposti a respirazione artificiale, con un aumentato rischio di infezioni pericolose, e poiché il loro respiro sta già attraversando una macchina, è facile controllarlo per l’etilene”. Simona Cristescu dell’Istituto Radboud University per le Molecole e i Materiali spiega l’importanza del risultato:” I nostri risultati evidenziano che il rilascio di etilene è uno dei primi biomarcatori di infezione batterica. Negli esseri umani, l’etilene è stato rilevato almeno mezz’ora prima rispetto all’aumento dei livelli ematici di citochine infiammatorie e di ormoni correlati allo stress. Per i pazienti in terapia intensiva ciò potrebbe significare una differenza tra la vita e la morte. “Secondo Cristescu, prendere campioni di respiro per l’analisi è molto facile sia per i pazienti che per il personale Senso Sense, un’azienda spin-off della Trace Gas Facility dell’Università di Radboud, commercializza un piccolo dispositivo che gli ospedali possono utilizzare per l’analisi in tempo reale dell’etilene espirato.

  • a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Paardekooper LM et al. Cristescu SM. Sci Rep. 2017 Jul 31;7(1):6889.

Tung TT et al. Int J Nanomedicine. 2015 Aug 28; 10 Spec Issue:203-14.

Cristescu SM et al. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014; 307(7):L509.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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