Studiando il fungo Cryptococcus neoformans, responsabile di una grave infezione polmonare negli esseri umani, un team di biochimici ha scoperto come la selezione naturale possa agire anche su specifiche molecole, chiamate gruppi metilici. Lo studio su Cell
Vi ricordate la selezione naturale, ossia il meccanismo chiave dell’evoluzione che agisce solo in presenza della variabilità genetica (ossia mutazioni genetiche casuali) e nel quale si verifica un progressivo aumento di individui della stessa specie che hanno caratteristiche più vantaggiose per l’ambiente in cui vivono? Bene, mettetela da parte. Perché ora un team di ricercatori della University of California, San Francisco, è andato oltre: ha cercato di capire in che modo la selezione naturale agisce, non tanto sui geni, quanto su specifiche molecole presenti sulle loro superfici. Lo studio è stato pubblicato su Cell.
Le molecole in questione sono note come gruppi metilici, possono alterare la struttura del dna (modificazioni epigenetiche) e attivare o disattivare i geni. In questo studio, i ricercatori si sono concentrati su uno specifico organismo, il fungo Cryptococcus neoformans, che tra i 50 e i 150 milioni di anni fa ha perso i geni chiave per la metilazione, ossia il processo di modificazione epigenetica del dna che consiste nel legame tra un gruppo metile e una base azotata. Eppure questo organismo, nella sua forma attuale, presenta ancora gruppi metilici sul suo genoma. In questo nuovo studio, i ricercatori, guidati dal biochimico Hiten Madhani, hanno quindi ipotizzato che C. neoformans è stato in grado di mantenere modifiche epigenetiche per decine di milioni di anni. Ma come?
Studiando il codice genetico di C. neoformans per capire meglio in che modo sia responsabile dell’infezione polmonare nell’uomo (criptococcosi), il team è rimasto sorpreso nel vedere come il genoma del fungo sia cosparso da gruppi metilici. “Quando abbiamo visto che presentava gruppi metilici sul dna ho pensato che dovevamo concentrarci su questo, non sapendo affatto cosa avremmo scoperto”, commenta Madhani. Partendo dall’albero flogenetico per riuscire a tracciare la storia evolutiva di C. neoformans, i ricercatori hanno scoperto che, durante il periodo Cretaceo, l’antenato dell’organismo aveva entrambi gli enzimi necessari per la metilazione del dna. Ma da qualche parte lungo la linea evolutiva, C. neoformans aveva perso il gene necessario per produrre l’enzima chiamato metiltransferasi de novo, senza il quale l’organismo non poteva più aggiungere nuovi gruppi metilici al suo dna, ma solo copiare i gruppi metilici esistenti usando l’altro enzima necessario, il metirltransferasi di mantenimento.
Anche lavorando da solo, quest’ultimo enzima può mantenere il dna coperto da gruppi metilici indefinitamente, se fosse tuttavia in grado di produrre una copia perfetta ogni volta. Ma, in realtà, l’enzima di mantenimento commette errori e perde traccia dei gruppi metilici ogni volta che una cellula si divide. Quando coltivate in vitro, i ricercatori hanno osservato che le cellule di C. neoformans occasionalmente acquisivano nuovi gruppi metilici per caso, in modo simile al modo in cui sorgono mutazioni casuali nel dna. Tuttavia, le cellule hanno perso gruppi metilici circa 20 volte più velocemente di quanto ne potessero ottenere di nuovi. Secondo i calcoli dei ricercatori, data la velocità con cui si moltiplica, C. neoformans avrebbe dovuto perdere tutti i suoi gruppi metilici in circa 130 anni. Invece, è riuscito a mantenere le modificazioni epigenetiche per decine di milioni di anni.
“Poiché il tasso di perdita è superiore al tasso di guadagno, l’organismo avrebbe dovuto perdere lentamente la metilazione nel tempo se non ci fosse stato un meccanismo per mantenerla”, spiega Madhani. Quel meccanismo è la selezione naturale: in altre parole, anche se C. neoformans stava acquisendo nuovi gruppi metilici molto più lentamente di quanto non li stesse perdendo, la metilazione ha aumentato drasticamente il successo riproduttivo di un individuo, ossia la capacità di generare una prole a sua volta fertile. Gli individui adatti, spiegano i ricercatori, hanno prevalso su quelli con meno gruppi metilici e, quindi, i livelli di metilazione sono rimasti più alti nel corso di milioni di anni.
Ma quale vantaggio evolutivo potrebbero offrire questi gruppi metilici a C. neoformans? “Potrebbero proteggere il genoma da danni potenzialmente letali”, commenta Madhani. Come per esempio i trasposoni, noti anche come geni saltatori, che spesso di inseriscono in luoghi molto scomodi, minando la sopravvivenza di una cellula. I gruppi metilici, quindi, possono aggrapparsi ai trasposoni e bloccarli. “Può darsi che C. neoformans mantenga un certo livello di metilazione del dna per tenere sotto controllo i trasposoni”,aggiunge l’autore.
Quali altri vantaggi offre la metilazione del dna in C. neoformans? Oltre a copiare i gruppi metilici, il metiltransferasi di mantenimento sembra essere importante per infettare gli esseri umani, in quanto senza questo enzima l’organismo non può penetrare nelle cellule in modo efficace. “Ma non abbiamo ancora idea del perché sia necessario per un’infezione efficace”, conclude Madhani, sottolineando che serviranno ancora molte ricerche per capire esattamente come funziona la metilazione in C. neoformans e se questa modalità di selezione naturale si presenta anche in altri organismi.
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