Dna-Mitocondriale e Nutrigenomica

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( Dipartimento di Chimica, Università di Firenze, Direttore LRE/EGO-CreaNet )

Recenti studi di Nutrigenomica hanno focalizzato l’attenzione sull’attività del Dna-mitocondriale (mt-Dna), che proviene dalla eredità uni-parentale (materna), poiché esso si trova originariamente nella cellula uovo femminile, riproducendosi poi, per scissione semi-autonomamente in ogni cellula del corpo, così che viene impacchettato in minuscoli organuli detti Mitocondri.

Nell’uomo, il mt-Dna contiene solo 37 geni chiusi ad anello (rispetto al Dna a doppia elica che ne contiene circa 25.000) ed è composto da 16,569 coppie di basi e codifica solo per 13 specifiche proteine ed alcuni Rna, che lavorano all’interno dei mitocondri, per produrre la maggior parte di energia necessaria alla vita cellulare (sotto forma ossidazione della reazione dell’Atp per tramite il ciclo dell’acido Citrico ovvero ciclo di Krebs), dove si spezzano, proteine, zuccheri e grassi provenienti dagli alimenti. Il mt-Dna e quindi organizzato per ottenere un costante e regolato flusso energetico di elettroni e dar vita ad un graduale trasferimento di energia biologica.
Pertanto i mitocondri funzionano come orologi molecolari non solo per la produzione di Atp ma anche per la sintesi dell’eme, il complesso molecolare capace di trasportare ossigeno nel sangue ed anche per la sintesi del colesterolo; i mitocondri sono quindi espressione a livello trascrizionale delle più importanti funzioni di regolazione del metabolismo alimentare.

La Nutrigenomica pertanto ha posto in grande evidenza come i mitocondri, sulla base della loro capacità di moltiplicarsi dove il loro nutrimento e l’apporto di ossigeno è più abbondante, cioè dove è più intensa la richiesta di energia favoriscano la comprensione di come sia importante la personalizzazione delle diete. Quanto sopra fa seguito alla differente necessità dei vari organi e delle necessità funzionali specie nel caso di malattie che hanno stretta relazione con la alimentazione come il diabete.
Così, ad esempio, dato che il cervello consuma da solo il 20% dell’ossigeno, l’attività mitocondriale dei neuroni è assai elevata come è dimostrato da studi sull’attivo coinvolgimento del mt-Dna nello sviluppo delle funzioni cognitive; inoltre quando l’attività delle fibre muscolari è intensa, con essa cresce il numero dei mitocondri che si allineano lungo i fasci delle cellule che compongono le fibre muscolari.
Inoltre e stato confermato, da varie ricerche sull’alimentazione comparata in vari animali e insetti, che la riproducibilità semi-autonoma del mt-Dna può presentare una variabilità, pur limitata, la quale caratterizza l’abitudine alimentare dei diversi esseri viventi.

Il Dna mitocondriale (mtDna) ha un basso livello di diversità genetica nella maggior parte delle varie specie. Infatti il mt?Dna detto anche Eva-Dna, perché di derivazione esclusivamente femminile, non rivela un’azione determinante sulla variazione genetica come quella del Dna a doppia elica, ciò proprio in quanto la funzionalità principale del mt-Dna è finalizzata a determinare le condizioni ottimali di produzione energia necessaria per tutte le specie viventi per ottenere energia biologica.
Si è accertato comunque che i mitocondri pur avendo una variabilità interspecifica poco


evidente, essi variano la loro attività funzionale in coordinazione con il Dna-nucleare della cellula eucariota, per definirne le condizioni di «apoptosi» («morte cellulare programmata») e pertanto tale co-organizzazione agisce anche sulla definizione delle preferenze alimentari di ogni specifico animale ed a livello umano di ogni singola persona.

Ricordiamo ad es. che i bruchi della farfalla del Costa Rica (Astraptes fulgerator) pur presentando differenze nell’aspetto e nell’habitat, erano state considerate appartenere alla stessa specie. Studi recenti hanno dimostrato come la variazioni delle funzionalità genetica del mt-Dna, in particolare individuate nel gene C01, che determina la produzione di un enzima, agiscano effettivamente nel modificare le preferenze alimentari dei bruchi; pertanto ciò comporta una stretta correlazione tra l’habitat e le variazioni di forma e di aspetto delle farfalle.
Il mt-Dna ha pertanto una funzionalità specifica nel determinare le preferenze alimentari delle varie specie ed individui in un determinato habitat, così come è stato verificato dalle ricerche sulle varie tipologie di goldfish, ed anche più di recente al Cold Spring Harbor Laboratory, dove sono stati confrontati due diversi ceppi di topi da laboratorio, con corredi genetici nucleari virtualmente identici tra loro ma genomi mitocondriali differenti.

In conclusione i più recenti studi di Nutrigenomica hanno iniziato a decifrare il rapporto tra regime alimentare e salute con maggior rigore scientifico, ricercando le complesse interazioni tra il Dna Nucleare e il mt-Dna di esclusiva derivazione femminile, le quali presentano significative differenze nel metabolismo dell’energia e nel suo immagazzinamento. Infatti, mentre la ricerca genetica sul Dna-doppia elica, conduce a comprendere come si ottengono le proteine che forniscono i «mattoni» e il «cemento» con cui l’organismo viene costruito, la moderna Nutrigenomica si propone di capire il modo in cui le interazioni tra geni assumano determinate forme organiche che contribuiscono a definire le funzionalità specifiche essenziali per la vita di ciascun essere vivente.