Il DNA contiene il progetto del corpo, ma è un documento vivente: è possibile apportare modifiche al design utilizzando segni epigenetici.
I segni epigenetici sono modificazioni delle basi del DNA che non cambiano il codice genetico di base, ma scrivono su di esso informazioni aggiuntive che possono essere ereditate insieme al genoma.
I segni epigenetici in genere regolano l'espressione genica, attivano o disattivano i geni, specialmente all'inizio dello sviluppo o quando il corpo è sotto stress. Possono anche sopprimere i geni che saltano, elementi mobili che minacciano l'integrità del genoma.
Nell'uomo e in altri eucarioti sono noti due principali segni epigenetici. Ora gli scienziati MBL hanno scoperto un terzo, nuovo segno epigenetico precedentemente noto solo nei batteri, nei rotiferi bdelloidi, piccoli animali d'acqua dolce. Questa scoperta fondamentale e sorprendente è riportata in Nature Communications.
Nel 2008, abbiamo scoperto che i rotiferi bdelloidi sono molto bravi a catturare i geni estranei", ha affermato Irina Arkhipova, autrice senior dello studio. Abbiamo scoperto che i rotiferi, circa 60 milioni di anni fa, hanno accidentalmente raccolto un gene batterico che ha permesso loro di introdurre un nuovo segno epigenetico che prima non esisteva. Questa è la prima volta che un gene trasferito orizzontalmente ha dimostrato di alterare il sistema di regolazione genica negli eucarioti.
Questo è molto insolito e non è stato segnalato in precedenza. Si ritiene che i geni trasferiti orizzontalmente siano preferibilmente geni operativi piuttosto che regolatori. È difficile immaginare come un singolo gene trasferito orizzontalmente possa formare un nuovo sistema regolatorio, perché i sistemi regolatori esistenti sono già molto complessi.
È quasi incredibile", ha detto la coautrice Irina Yushenova. Prova a immaginare che da qualche parte nel passato, un frammento di DNA batterico si sia accidentalmente fuso con un frammento di DNA eucariotico. Entrambi si unirono al genoma del rotifero e formarono un enzima funzionale. Non è facile da fare nemmeno in laboratorio, ed è successo naturalmente. E poi questo enzima composto ha creato questo straordinario sistema di regolazione e i rotiferi bdelloidi potrebbero iniziare a usarlo per controllare tutti questi trasposoni saltellanti. È come per magia.
Non vuoi che i trasposoni (sezioni del DNA di organismi che possono muoversi o trasporre e replicarsi all'interno del genoma) saltellano nel tuo genoma, dicono gli scienziati. Rovineranno tutto, quindi devi tenerli sotto controllo. E il sistema epigenetico per raggiungere questo obiettivo è diverso nei diversi animali. In questo caso, il trasferimento genico orizzontale dai batteri ai rotiferi bdelloidi ha creato un nuovo sistema epigenetico negli animali che non è stato precedentemente descritto.
I rotiferi bdelloidi hanno soprattutto bisogno di controllare i loro trasposoni perché si riproducono principalmente in modo asessuato, ha affermato Irina Arkhipova.
Le linee asessuali hanno meno mezzi per sopprimere la diffusione di trasposoni dannosi, quindi l'aggiunta di un ulteriore livello di protezione potrebbe prevenire una crisi mutazionale. In effetti, l'abbondanza di trasposoni è molto inferiore nei bdelloidi rispetto agli eucarioti sessuali, che non hanno questo strato epigenetico aggiuntivo nel loro sistema di difesa del genoma.
In due segni epigenetici precedentemente noti negli eucarioti, un gruppo metilico viene aggiunto alla base del DNA, alla citosina o all'adenina. Il marchio appena scoperto è anche una modifica della citosina, ma con una distinta disposizione simile a quella batterica del gruppo metilico, essenzialmente ripetendo eventi evolutivi più di due miliardi di anni fa, quando nei primi eucarioti apparvero segni epigenetici comuni.
I rotiferi bdelloidi sono animali estremamente resistenti. Possono asciugarsi completamente nel corso di settimane o mesi e poi tornare in vita quando l'acqua diventa disponibile. Durante la fase di essiccazione, il loro DNA si rompe in molti pezzi.
Quando reidratano o rendono accessibili in altro modo le estremità del loro DNA, ciò può consentire il trasferimento di frammenti di DNA estranei da batteri, funghi o microalghe ingeriti nel genoma del rotifero, ha affermato Irina Arkhipova. Gli scienziati hanno scoperto che circa il 10 percento del genoma del rotifero proviene da fonti non metazoiche.
Eppure, gli scienziati sono stati sorpresi di trovare nel genoma del rotifero un gene che assomiglia alla metiltransferasi batterica (la metiltransferasi catalizza il trasferimento di un gruppo metilico nel DNA). Abbiamo ipotizzato che questo gene sia responsabile di questa nuova funzione di soppressione del trasposone e abbiamo trascorso gli ultimi sei anni a dimostrare che è davvero così", ha affermato Irina Arkhipova.
È ancora troppo presto per dire quali implicazioni potrebbe avere la scoperta di questo nuovo sistema epigenetico nei rotiferi.
Un buon confronto è il sistema CRISPR-Cas nei batteri, che è iniziato come una scoperta di ricerca fondamentale. CRISPR-Cas9 è ora ampiamente utilizzato come strumento di modifica genetica in altri organismi.
2022-03-05 03:53:56
Autore: Vitalii Babkin