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Zucchero o dolcificante? Chiedilo al tuo cervello

l cervello della Drosophila melanogaster è in grado di distinguere lo zucchero calorico dai dolcificanti artificiali non calorici grazie al rilascio di un ormone coinvolto nel metabolismo dei carboidrati

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APPROFONDIMENTO – Molti alimenti contengono dolcificanti artificiali al posto del classico glucosio, così come molte diete consigliano di ridurre o addirittura eliminare completamente lo zucchero tradizionale sostituendolo con un qualsiasi altro dolcificante, meno calorico. Ma quante volte ci è capitato di mangiare biscotti dietetici senza zucchero e di ritrovarci subito dopo affamati a divorare una merendina qualsiasi? Questo succede perché, a differenza del nostro senso del gusto, il cervello non si fa ingannare dal sapore dolce ma sa distinguere i cibi più appaganti dal punto di vista energetico e nutritivo da quelli privi di apporto calorico.
La preferenza del cervello per alimenti che saziano la fame e danno il senso di pienezza è conosciuta da oltre vent’anni e confermata da numerosi studi fatti in vivo (tra cui questo e questo). Quello che fino a qualche mese fa era ancora sconosciuto è il meccanismo attraverso cui questo avviene.

Secondo una ricerca pubblicata su Neuron a giugno 2015, nel moscerino della frutta Drosophila melanogaster esiste un circuito neuronale che risponde alla presenza di glucosio nel sangue e ne promuove la digestione e il metabolismo. Lo stesso circuito neuronale non si attiva se vengono ingeriti dolcificanti artificiali e il cervello continua a inviare segnali di fame perché è come se considerasse il pasto non soddisfacente.
Lo studio è stato condotto da Monica Dus, ricercatrice presso l’Università del Michigan.
Dus e colleghi avevano già scoperto qualche anno fa che gli animali, in particolare topi e moscerini della frutta, indipendentemente dal sapore del cibo, sono in grado di distinguere gli zuccheri calorici, che danno nutrimento perché vengono metabolizzati dal corpo, dagli zuccheri non calorici, che non vengono metabolizzati e non producono energia. Nel sistema nervoso, perciò, doveva esserci qualcosa in più delle vie gustative e olfattive grazie alle quali percepiamo la qualità del cibo. Ci doveva essere una via per riconoscere il cibo in base al suo valore nutritivo. Con nuovi esperimenti, Dus è riuscita per la prima volta a mostrare dove è localizzata e come funziona questa parte del cervello.

I dettagli della ricerca
Gli scienziati hanno utilizzato l’L-glucosio come dolcificante artificiale non calorico e il D-glucosio come zucchero calorico.
“Abbiamo utilizzato l’L-glucosio al posto del più noto aspartame perché quest’ultimo ha un retrogusto amaro”, racconta Dus, “mentre l’L-glucosio ha un sapore quasi identico al comune D-glucosio. L’L-glucosio è stato il primo dolcificante artificiale a essere sviluppato dalla NASA, più di 50 anni fa. Siccome un grammo costa più dell’oro, non è stato mai prodotto su larga scala e quindi si è passati a sintetizzare aspartame, sucralosio e altri dolcificanti artificiali, più economici”.
Dus e colleghi hanni osservato che, quando la drosofila assume un cibo calorico, nel suo cervello si attiva un gruppo di neuroni coinvolti nel rilascio dell’ormone Dh44 (Diuretic hormone 44). Dh44 è un neuropeptide che interagisce con specifici recettori presenti nell’intestino e nel cervello e promuove la digestione dello zucchero calorico.
Al contrario, se i moscerini mangiano L-glucosio, l’attivazione neuronale non avviene, l’ormone non viene rilasciato e il moscerino abbandona il dolcificante per andare alla ricerca di un alimento più nutriente.
“Sapevamo che doveva essere un sistema di comunicazione veloce perché la drosofila deve riconoscere subito se il cibo che ha mangiato è energetico o no”, continua Dus. “Non è come noi che ordiniamo una pizza o un piatto di pasta e possiamo aspettare mezz’ora per capire se ci ha dato nutrimento o meno. Evolutivamente ha senso che ci sia un doppio sistema di comunicazione: in parte neuronale, quindi molto veloce, e in parte ormonale, per portare l’informazione in tutto il corpo e permettere una risposta coordinata”.

La scelta della Drosophila melanogaster come meccanismo modello
La drosofila è un organismo modello molto utilizzato in laboratorio (ne abbiamo parlato anche qui).
A livello genetico, più del 75% dei geni che causano malattie nell’uomo sono conservati nella drosofila. A livello metabolico, il moscerino della frutta possiede tutti gli organi e le molecole più importanti per l’uomo, come per esempio insulina e glucagone. Ha ghiandole simili al pancreas, è dotata di tessuto adiposo e nel suo corpo scorre sangue, pompato da un cuore nel resto del corpo. Il suo cervello contiene solo 100 mila neuroni, contro gli 86 miliardi dell’uomo.
“Trovare l’ago nel pagliaio è molto più facile”, continua Dus. “E poi in Drosophila le tecniche di screening genetico sono molto avanzate, fattore fondamentale per le indagini high-throughput che testano tantissimi geni in poco tempo. Grazie a un microscopio laser abbiamo potuto guardare direttamente dentro al cervello della drosofila per vedere come i neuroni rispondono alla presenza di zucchero. E siamo riusciti addirittura a contare il numero di neuroni coinvolti e a stabilire che sono sei”.
Il neuropeptide Dh44 ha un omologo umano, chiamato fattore di rilascio della corticotropina (CRH). Si tratta di un ormone dell’asse ipotalamo ipofisario coinvolto nel coordinamento metabolico ma il cui ruolo di neurotrasmettitore non è stato ancora ben descritto.
In Drosophila, Dh44 è in grado di interagire con due tipi di recettori, come il CRH nei mammiferi e tra le due specie i recettori sono conservati per il 46%. Infine, negli esseri umani un tipo recettore è espresso nel cervello e l’altro nell’intestino, proprio come nella drosofila.

Un nuovo circuito neuronale
Lo stato di fame della drosofila può influenzare la scelta tra zucchero vero e dolcificante.
Se i moscerini sono affamati, scelgono il cibo più energetico e nutriente, indipendentemente dal sapore. Se invece non hanno fame scelgono quello più buono e gustoso, indipendentemente dall’apporto calorico.
Per essere in grado di fare questa scelta energetica, le drosofile devono innanzitutto essere in grado di percepire il loro stato metabolico e poi saper riconoscere i due zuccheri. Due sono i circuiti neuronali coinvolti, quello del Dh44 nella scelta del cibo e il gene cupcake nella sensazione di fame.
“Nella ricerca genetica in drosofila, è usanza dare nomi strani alle nuove scoperte”, racconta Dus. “In questo caso, ho chiamato cupcake un gene che, se mutato, permette alle drosofile di ignorare lo stimolo della fame. I cupcake sono dolci molto zuccherati negli Stati Uniti e poi Cupcake è il nome del mio cane”.

L’importanza dello studio
Lo studio di Dus e colleghi apre le porte alla possibilità di studiare molte questioni legate all’alimentazione degli esseri umani. Per esempio, capire l’effetto di una dieta ricca di grassi e zuccheri sull’attività neuronale del moscerino della frutta e sulla sua abilità di percepire i nutrienti potrebbe portare nuove conoscenze su patologie come l’obesità e il diabete.
E danni al circuito cupcake possono essere usati come modello di anoressia, dato che le drosofile riescono a ignorare la sensazione di fame e lo stimolo a nutrirsi.

Sentiamo dalle parole di Monica Dus perché il nostro cervello ignora i segnali di sazietà, portandoci a sviluppare sovrappeso e obesità.

Leggi anche: Lo smart patch per l’insulina, una svolta per il diabete

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.
Crediti immagine: Erin Norris, University of Michigan

Luisa Alessio
Biotecnologa di formazione, ho lasciato la ricerca quando mi sono innamorata della comunicazione e divulgazione scientifica. Ho un master in comunicazione della scienza e sono convinta che la conoscenza passi attraverso la sperimentazione in prima persona. Scrivo articoli, intervisto ricercatori, mi occupo della dissemination di progetti europei, metto a punto attività hands-on, faccio formazione nelle scuole. E adoro perdermi nei musei scientifici.

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