Un possibile collegamento tra geni saltellanti ed evoluzione degli organismi complessi

Nigel Goldenfeld e Thomas Kuhlman
Nigel Goldenfeld e Thomas Kuhlman

Un articolo pubblicato sulla rivista “Proceedings of the National Academy of Sciences” descrive il possibile ruolo dei trasposoni, chiamati comunemente geni saltellanti, nella nascita degli organismi eucarioti, quelli formati da cellule complesse che includono anche quelli multicellulari. Un team di ricercatori ha compiuto esperimenti in particolare sui retrotrasposoni, che per integrarsi nel DNA richiedono un intermedio a RNA, per valutarne gli effetti sui batteri. Il risultato è che un meccanismo di riparazione del DNA tipico degli eucarioti ma raro nei batteri aumenta l’efficienza dell’inserimento e l’effetto dei retrotrasposoni suggerendo un possibile ruolo nell’evoluzione degli eucarioti.

L’idea per questa ricerca parte da un pensiero da parte di Nigel Goldenfeld dell’Università dell’Illinois e direttore dell’Astrobiology Institute for Universal Biology della NASA e Thomas Kuhlman, ora all’Università della California a Riverside. I due ricercatori si sono chiesti come mai in particolare i retrotrasposoni siano così comuni tra gli organismi multicellulari mentre siano rari nei batteri.

Lo studio dei geni saltellanti è iniziato negli anni ’40 grazie alle scoperte di Barbara McClintock ma solo negli ultimi anni, grazie ai progressi nel campo delle tecniche genetiche, ha fatto veri salti in avanti. Ecco perché solo ora i due ricercatori, assieme ad altri collaboratori, hanno potuto provare a inserire loro geni nel DNA di batteri per vedere cosa sarebbe successo.

Il risultato può essere letale ma dipende da alcuni fattori. Quando i retrotrasposoni si inseriscono nel DNA di un batterio, in parole molto semplici compiono un’azione di taglia e cuci. Batteri come quelli appartenenti alla famiglia E. coli hanno un solo modo per cucire il DNA, riparandolo. Gli organismi eucarioti e alcuni batteri hanno un altro modo chiamato saldatura delle estremità non omologhe (in inglese nonhomologous end-joining, NHEJ). Nei batteri la riparazione del DNA non è sufficiente a salvarli dalle modifiche fatte ma negli eucarioti ci sono interazioni più complesse tra il meccanismo di riparazione e i retrotrasposoni.

La differenza fondamentale è che organismi complessi hanno lo spliceosoma, un complesso formato da molecole di RNA che gestiscono il cosiddetto DNA spazzatura. Alcune parti sono simili a un gruppo di sequenze genetiche chiamate introni, esistenti nei batteri. I ricercatori ipotizzano che vi sia stata un’evoluzione dei meccanismi genetici di regolazione di trasposoni e retrotrasposoni che ha permesso del meccanismo di saldatura delle estremità non omologhe di aggiungere retrotrasposoni senza uccidere l’organismo e contribuendo alla sua evoluzione.

È possibile che quei meccanismi abbiano rappresentato una chiave per l’evoluzione degli eucarioti quando sono diventati abbastanza sofisticati da poter sopportare modifiche al DNA. Avere una maggior quantità di retrotrasposoni ha portato maggiori cambiamenti nel DNA e quelli che hanno portato vantaggi all’organismo sono stati diffusi grazie alla selezione naturale.

Nigel Goldenfeld ha offerto alcune riflessioni sulla transizione tra vita microbica e vita complessa, anche nel suo ruolo di direttore dell’Astrobiology Institute for Universal Biology della NASA e quindi pensando alle possibilità di vita extraterrestre. Gli esperimenti in laboratorio possono aiutare a capire le possibilità di evoluzione di organismi complessi sulla Terra e forse su altri pianeti. È un altro motivo per cui quest’ipotesi è davvero intrigante e continuerà a essere esplorata dai ricercatori.

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