In natura si può generalmente osservare che se un individuo investe nella propria riproduzione, automaticamente riduce sia la propria vitalità che la durata della propria vita. In parole semplici, più progenie equivale a vita più breve e salute più debole. E sebbene finora non sia stato possibile identificare in modo adeguato la natura molecolare o fisiologica di questo fenomeno, noto come "cost of reproduction" (costo della riproduzione), questo fenomeno può essere osservato attraverso lo spettro di vari organismi, tuttavia con un'eccezione significativa, che è rappresentata dagli insetti sociali.
Sono paradossalmente gli individui delle caste riproduttive degli insetti sociali che vivono molte volte più a lungo degli individui non riproduttivi della stessa specie. Un ottimo esempio è proprio l'ape mellifera, in cui le regine vivono fino a sessanta volte più a lungo rispetto alle api operaie.
I telomeri come ragione della longevità
Ci sono molte congetture su cosa permetta alle caste riproduttive degli insetti sociali di vivere così relativamente a lungo. Secondo una teoria, ciò è dovuto all'alta attività della telomerasi, un enzima che si lega alle estremità dei cromosomi, i cosiddetti telomeri, ai quali aggiunge ripetutamente nuovi segmenti di DNA appena creati e di fatto allunga i telomeri. Si può parlare di una sorta di capacità di rinnovare i telomeri. Oltre ai radicali liberi dell'ossigeno, che "rosicchiano" volentieri le estremità dei cromosomi, le estremità cromosomiche si accorciano direttamente con ogni divisione cellulare (questo è l'effetto della sintesi incompleta del DNA che precede la divisione cellulare). L'attività della telomerasi è quindi essenziale per mantenere sia l'informazione genetica che la vita stessa. La scoperta che i telomeri e l'attività della telomerasi sono strettamente correlati all'invecchiamento e all'insorgenza di varie malattie della civiltà ha portato la ricerca sui telomeri alla ribalta degli sforzi scientifici negli ultimi tre decenni. La ricerca sull'uomo e su altri mammiferi ha dimostrato abbastanza bene che durante lo sviluppo dell'individuo l'attività della telomerasi diminuisce gradualmente, accorciando così la lunghezza dei telomeri, e che quindi la lunghezza telomerica funziona come una sorta di indicatore dell'invecchiamento. Ciò che suscita vero clamore è che la lunghezza dei telomeri riflette la condizione di salute e la capacità di longevità. Sembra infatti che gli adulti con telomeri sufficientemente lunghi nelle cellule proliferativamente attive, cioè in divisione, siano in condizioni di salute molto migliori e vivano più a lungo rispetto agli individui con telomeri relativamente corti. In terzo luogo, è necessario menzionare l'influenza dello stress, non solo dello stress ossidativo sotto forma dei già citati radicali liberi dell'ossigeno, ma anche di varie condizioni di stress.
Un esempio è l'ape mellifera, le cui regine vivono fino a sessanta volte più a lungo rispetto alle api operaie dall'ambiente esterno, così come lo stress psicologico, quindi lo stress in generale, che sembra possa contribuire all'accorciamento dei telomeri. D'altra parte, è necessario sottolineare con forza la necessità di una rigorosa regolazione dell'attività della telomerasi, con il fatto che per l'organismo è fondamentale in un dato momento avere una lunghezza telomerica né troppo corta, né troppo lunga, ma semplicemente ottimale. Quando infatti in una cellula la lunghezza telomerica, a seguito di x divisioni cellulari e contemporanea assenza di telomerasi, si accorcia fino a un certo limite critico, si attiva un meccanismo che impedisce ulteriori divisioni di quella cellula. Questo è un fenomeno che trova sicuramente un'applicazione estremamente importante durante lo sviluppo dei singoli organi, poiché lo sviluppo di ogni organo deve essere arrestato al momento giusto. E questo è il motivo per cui l'attività della telomerasi diminuisce durante lo sviluppo dell'individuo, fino al punto che alla fine nell'individuo adulto la telomerasi scompare completamente dalla maggior parte delle cellule del corpo. In circostanze normali, solo le cellule che sono comunemente proliferativamente attive nell'adulto umano mostrano un'attività telomerasica costante, tipicamente le cellule germinali, cioè quelle da cui si sviluppano spermatozoi e ovuli, o anche le cellule staminali. E se nel momento sbagliato e nel posto sbagliato, a causa di qualche errore, si verifica una riattivazione della telomerasi o una sua eccessiva attività, questo può essere la causa, ad esempio, di una proliferazione tumorale incontrollabile.
La telomerasi nell'ape mellifera
Il nostro team, che si concentra a lungo termine sulla ricerca dei telomeri degli insetti, ha studiato negli ultimi due anni l'attività della telomerasi nell'ape mellifera, e i risultati dello studio sono stati pubblicati quest'anno sulla rivista Chromosoma. Utilizzando il metodo TRAP (Telomeric Repeat Amplification Protocol), il nostro lavoro ha confermato che, come nei vertebrati, anche durante lo sviluppo dell'ape l'attività della telomerasi generalmente diminuisce (grafico). Nei tessuti delle operaie e dei fuchi, l'attività della telomerasi è soppressa dallo sviluppo larvale, a circa il 10% rispetto all'attività negli embrioni. Rispetto agli embrioni, anche l'attività nei testicoli è leggermente ridotta, ma solo a circa il 60%. Tuttavia, abbiamo ottenuto risultati completamente sorprendenti nelle api regine. Oltre al fatto che, come ci aspettavamo, l'attività della telomerasi è aumentata nelle ovaie delle regine (fino al 160% del livello degli embrioni prima della schiusa della regina), abbiamo anche osservato un aumento di dieci volte dell'attività nel terzo stadio larvale rispetto ai fuchi e alle operaie. Tuttavia, un aumento straordinario dell'attività è stato trovato nei cervelli delle api regine adulte, dove l'attività della telomerasi ha raggiunto fino a 70 volte il livello osservato nei cervelli dei fuchi e delle operaie. L'aumentata attività telomerasica nel terzo stadio larvale delle regine può essere associata o al processo di determinazione delle regine o, molto più probabilmente, alla crescita significativamente più rapida della larva della regina rispetto alle larve dei fuchi o delle operaie.
Negli ultimi decenni, non solo la popolazione di api è diminuita, ma anche la durata della vita e le prestazioni delle api regine
Ma cosa c'è dietro l'estremo aumento della telomerasi nei cervelli delle regine adulte, possiamo solo speculare. Sebbene la nostra scoperta sia in linea con la suddetta ipotesi che la longevità delle api regine potrebbe essere legata alla loro elevata attività telomerasica, d'altra parte le cellule cerebrali degli adulti di solito non sono particolarmente proliferativamente attive. Perché quindi un livello così elevato di telomerasi? È possibile che qui la telomerasi svolga un'altra funzione, ancora completamente sconosciuta per noi. In ogni caso, varrà sicuramente la pena di esaminare ancora una volta, e più in dettaglio, il fenomeno osservato in futuro.
È noto che negli ultimi decenni non solo la popolazione di api è diminuita a livello globale, ma anche la durata della vita e le prestazioni delle api regine sono diminuite. Si può giudicare che la colpa sia di un cocktail di fattori di stress a cui le api sono ripetutamente esposte, come vari pesticidi nell'ambiente delle api, la bassa varietà di cibo o il cibo innaturale per le api durante il periodo invernale e molti altri. Come già accennato, la lunghezza dei telomeri e l'attività della telomerasi possono essere influenzate dallo stress, almeno così sembra dalla ricerca sui mammiferi. Ma si può osservare un effetto simile anche nelle api? Poiché alcuni dei nostri risultati preliminari suggeriscono che forse sì, sarà per noi un piacevole dovere dedicarci alla ricerca sulle api, in collaborazione con gli apicoltori cechi, anche negli anni a venire. Perché non è solo l'allarmante declino delle api che ci guida nei nostri sforzi, ma sono soprattutto le api stesse che meritano un'attenzione straordinaria da parte di tutti noi.
Dalla rivista di apicoltura:
RNDr. Radmila Čapková Frydrychová, PhD. Istituto di Entomologia, Centro Biologico dell'Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca, České Budějovice. Foto illustrativa: Pavel Cimala
Ringraziamenti: Il lavoro è stato supportato dal progetto Strategy AV21, programma di ricerca Diversità della vita e salute degli ecosistemi, attività Salute delle api, 2016.
