Temperature fredde e livelli di ossigeno in C. elegans

Gli animali hanno bisogno di un certo livello di ossigeno e temperatura per sopravvivere. La maggior parte di loro non dura a lungo se esposti a poca ossigeno o freddo estremo. Tuttavia, ci sono casi in cui alcuni umani, come quelli che cercano di nascondersi nei vani delle ruote degli aerei, sono sopravvissuti a situazioni dove il basso ossigeno o il freddo estremo sarebbero normalmente mortali. Un'idea è che il freddo possa effettivamente aiutare a proteggere contro il basso ossigeno. Questo è stato osservato nei neonati, dove il raffreddamento può prevenire danni cerebrali durante livelli di bassa ossigeno. La situazione opposta, in cui il basso ossigeno potrebbe proteggere dal freddo, non è ben studiata.

Per saperne di più su come funzionano insieme ossigeno e temperatura, abbiamo esaminato un piccolo verme chiamato C. Elegans. Questo verme è influenzato sia dal basso ossigeno che dalle temperature fredde. La ricerca mostra che i vermi allevati a una temperatura possono sopportare meglio il freddo rispetto a quelli allevati a un'altra temperatura. Nel C. elegans, alti livelli di ossigeno non sono stati precedentemente dimostrati dannosi per i vermi, poiché possono vivere per molte generazioni in ossigeno puro. La nostra ricerca cerca di dimostrare che le basse temperature possono effettivamente rendere l'ossigeno più dannoso per i vermi.

#Freddo e Ossigeno in C. elegans

C. elegans può morire a causa di freddo estremo e basso ossigeno. I nostri studi hanno trovato che entrambe le condizioni possono uccidere quasi tutti i vermi entro un giorno o due. Tuttavia, abbiamo scoperto che quando queste due condizioni sono combinate, i vermi hanno una maggiore possibilità di sopravvivere. Ad esempio, i vermi esposti all'azoto freddo (che non ha ossigeno) mostrano un tasso di Sopravvivenza medio del 93%, rispetto ai vermi esposti a ossigeno normale o aria fredda, che muoiono a tassi molto più alti.

Abbiamo testato diversi livelli di ossigeno durante un'esposizione al freddo. I vermi esposti a livelli molto bassi di ossigeno (0.10 kPa) sono sopravvissuti quasi tutto il tempo, ma quando abbiamo aumentato l'ossigeno a un livello leggermente più alto (0.50 kPa), quasi tutti i vermi sono morti. Questo mostra che la giusta quantità di ossigeno può essere cruciale quando le temperature scendono.

#Alto Ossigeno è Dannoso a Temperature Normali

C. elegans può effettivamente vivere in ossigeno puro sotto condizioni di pressione normale. Tuttavia, quando abbiamo aumentato la pressione dell'ossigeno, abbiamo osservato che i vermi non sono morti immediatamente. L'aumento della pressione dell'ossigeno ha colpito i vermi progressivamente, portando alla morte dopo diverse ore. Man mano che la pressione aumentava, i tassi di sopravvivenza diminuivano. I nostri studi hanno mostrato che man mano che il tempo di esposizione aumentava, il numero di vermi sopravvissuti diminuiva. La parte importante qui è che è il livello di ossigeno a essere dannoso, non solo la pressione complessiva.

Quando abbiamo esaminato i vermi esposti a miscele di gas, abbiamo visto che un rapporto specifico di azoto e ossigeno non danneggiava affatto i vermi. Questo significa che l'ossigeno può essere tossico a livelli alti, ma dipende anche da quanto a lungo i vermi sono esposti.

#La Bassa Temperatura Aumenta il Danno dell'Alto Ossigeno

Abbiamo scoperto che quando i vermi sono esposti a livelli elevati di ossigeno durante le scosse di freddo, diventa ancora più pericoloso. I vermi che erano in condizioni normali avevano alti tassi di sopravvivenza, ma quando la temperatura veniva abbassata, la loro sopravvivenza diminuiva drasticamente. I vermi avevano un tasso di sopravvivenza solo del 31% quando esposti sia a alto ossigeno che freddo per due ore, che è molto più basso di quanto ci aspettassimo basandoci sulle condizioni individuali.

#Crescere al Freddo Migliora la Resistenza all'Alto Ossigeno

Se l'ossigeno danneggia i vermi al freddo, ha senso che i vermi acclimatizzati al freddo possano fare meglio in condizioni di alto ossigeno. La nostra ricerca ha mostrato che quando i vermi erano cresciuti a temperature basse, sopravvivevano meglio in alto ossigeno. Ad esempio, i vermi allevati a 12 °C potevano durare tre volte di più in condizioni di alto ossigeno rispetto a quelli cresciuti a temperatura ambiente. Questo suggerisce che essere esposti al freddo aiuta i vermi a sviluppare una certa resistenza agli effetti dannosi dell'alta pressione di ossigeno.

#Differenze Genetiche nella Sensibilità al Freddo e all'Ossigeno

Ci sono certi ceppi genetici di C. elegans che mostrano differenze su quanto bene gestiscono il freddo e l'alto ossigeno. Alcuni ceppi sono risultati migliori a sopravvivere a scosse di freddo rispetto ai vermi normali. Abbiamo testato questi ceppi genetici in condizioni di alto ossigeno e abbiamo notato che quelli con resistenza al freddo andavano meglio anche in ambienti ad alto ossigeno. Al contrario, un ceppo che non poteva gestire bene il freddo andava male anche in alto ossigeno.

Questo mostra che i geni che aiutano i vermi a sopravvivere al freddo potrebbero anche aiutarli a gestire alti livelli di ossigeno. Sottolinea una connessione tra il modo in cui i vermi rispondono a questi due stressor separati ma correlati.

#Composti che Aiutano Sia nella Scossa da Freddo che nella Sopravvivenza all'Alto Ossigeno

Abbiamo anche esaminato diversi composti che potrebbero aiutare C. elegans a sopravvivere sia a scosse di freddo che ad alto ossigeno. Abbiamo scoperto che aggiungere glucosio, manganese e ascorbato migliorava la sopravvivenza dei vermi in entrambe le situazioni. Quando i vermi sono stati cresciuti con questi composti prima di subire stress, hanno avuto un tasso di sopravvivenza più alto rispetto a quelli a cui non sono stati dati gli additivi.

Questa scoperta indica una relazione stretta tra come i vermi reagiscono al freddo e all'ossigeno. I composti che agiscono come antiossidanti, che combattono contro lo stress ossidativo, potrebbero aiutare i vermi a far fronte agli effetti dannosi sia del freddo che dell'alto ossigeno.

#Conclusione

La nostra ricerca mostra che c'è una connessione significativa tra i pericoli del freddo e dell'ossigeno in C. elegans. Abbiamo scoperto che i vermi stanno meglio quando esposti a bassi livelli di ossigeno durante il freddo rispetto a quando sono in condizioni normali. Il freddo rende i livelli elevati di ossigeno ancora più dannosi. Acclimatando i vermi al freddo, la loro capacità di sopravvivere ad alti livelli di ossigeno aumenta. I nostri risultati suggeriscono anche che alcuni cambiamenti genetici e composti che proteggono dal freddo potrebbero aiutare anche contro la tossicità dell'alto ossigeno.

Le ragioni sottostanti per cui l'ossigeno è più tossico durante l'esposizione al freddo coinvolgono probabilmente un mix di fattori. Quando le temperature scendono, più ossigeno può dissolversi nell'acqua, ma questo da solo non spiega la tossicità. Sembra che il freddo possa rallentare alcuni processi protettivi mentre i processi dipendenti dall'ossigeno possono continuare, portando a danni.

Questa ricerca suggerisce che gli animali, compresi gli esseri umani, potrebbero subire cambiamenti nel modo in cui il loro corpo gestisce l'ossigeno quando le temperature scendono. Comprendere meglio queste relazioni potrebbe aiutare a migliorare le opzioni di trattamento per coloro che sono esposti a condizioni estreme o che soffrono di ipotermia. Potrebbe anche portare a progressi nel modo in cui affrontiamo situazioni mediche riguardanti la terapia con ossigeno e la gestione della temperatura.

Studi continuati dovrebbero concentrarsi su geni specifici e composti che possono migliorare la sopravvivenza degli organismi esposti a stress sia da freddo che da ossigeno. Queste indagini potrebbero aiutarci a sapere di più su come proteggere gli esseri viventi in ambienti difficili.