Scoperto nei moscerini della frutta uno dei più grandi trasferimenti conosciuti di geni da batteri ad animali

Una scoperta che contribuisce a far comprendere che l'evoluzione non è dovuta solo ai geni che passano dai genitori alla prole

[3 Agosto 2022]

Sequenziati solo tre anni prima del genoma umano, i moscerini della frutta sono stati a lungo utilizzati nella ricerca genomica grazie all’abbondanza di somiglianze genetiche comuni tra moscerini della frutta ed esseri umani: il 75%  dei geni che causano malattie umane si trovano anche nel moscerino della frutta. E’ quindi particolarmente importante la scoperta illustrata nello studio “Accumulation of endosymbiont genomes in an insect autosome followed by endosymbiont replacement”, pubblicato su Current Biology  da un team di ricercatori dell’università del Maryland, dalla quale emerge che «Il genoma di un moscerino della frutta non è composto solo dal DNA del moscerino della frutta»,

Infatti lo studio dimostra che almeno una specie di moscerino della frutta, Drosophila ananassae, «Contiene interi genomi di una specie di batteri, rendendo questa scoperta il più grande trasferimento realizzato di materiale genetico da batteri ad animali mai scoperto. La nuova ricerca fa luce anche su come questo avvenga.

Per dimostrare come i geni dei batteri Wolbachia si sono incorporati nel genoma del moscerino già almeno  8.000 anni fa, i ricercatori dell’ Institute for Genome Sciences dell’University of Maryland School of Medicine (IGS), guidati dalla microbiologa e immunologa Julie Dunning Hotopp, hanno utilizzato la nuova tecnologia genetic long-read sequencing e affermano che «I nostri risultati dimostrano che, a differenza dei fringuelli di Darwin o dei piselli di Mendel, la variazione genetica non è sempre piccola, incrementale e prevedibile».

Barbara McClintock identificò per la prima volta negli anni ’40 i “geni salterini”, quelli che possono spostarsi all’interno o trasferirsi nei genomi di altre specie. Ma da allora i ricercatori continuano a scoprire cose nuove sul loro reale contributo all’evoluzione e alla salute.

La Dunning Hotopp ricorda cher «Prima, non avevamo la tecnologia per dimostrare inequivocabilmente questi genomi dentro i genomi che mostravano un trasferimento genico laterale così ampio dai batteri al moscerino». In passato, i ricercatori dovevano fare il DNA in piccoli pezzi per metterlo in sequenza. Poi hanno dovevano assemblarli, come un puzzle, per osservare un gene o una sezione del DNA. Il nuovo genetic long-read sequencing consente sequenze di oltre 100.000 lettere di DNA, trasformando un puzzle da un milione di pezzi in un puzzle da bambini.

Oltre a questo, il nuovo studio ha convalidato le giunzioni tra i geni dei batteri integrati e il genoma del moscerino della frutta ospite. All’università del Maryland spiegano che «Per determinare se i geni dei batteri fossero funzionali e non solo fossili di DNA, i ricercatori hanno sequenziato l’RNA dai moscerini della frutta alla ricerca specifica di copie di RNA create da modelli del DNA batterico inserito. Hanno dimostrato che i geni dei batteri sono stati codificati in RNA e sono stati modificati e riorganizzati in sequenze appena modificate, indicando che il materiale genetico è funzionale».

Un’analisi di queste sequenze uniche ha rivelato che «Il DNA dei batteri si è integrato nel genoma del moscerino della frutta negli ultimi 8.000 anni, esclusivamente all’interno del cromosoma 4, espandendo le dimensioni del cromosoma costituendo circa il 20% del cromosoma 4. L’intera integrazione del genoma batterico supporta un’integrazione basata sul DNA piuttosto che un meccanismo di integrazione basato sull’RNA».

Il team di ricerca ha trovato un genoma batterico completo del comune batterio Wolbachia trasferito nel genoma del moscerino della frutta Drosophila ananassae. Hanno anche scoperto quasi un secondo genoma completo e molto altro con quasi 10 copie di alcune regioni del genoma batterico.

La Dunning Hotopp. Ricorda che «Ci sono sempre stati alcuni scettici sul trasferimento genico laterale, ma la nostra ricerca dimostra chiaramente per la prima volta il meccanismo di integrazione del DNA di Wolbachia nel genoma di questo moscerino della frutta». La Wolbachia è un batterio intracellulare che infetta numerosi tipi di insetti. Wolbachia trasmette i suoi geni per via materna attraverso gli ovociti femminili. Alcune ricerche hanno dimostrato che queste infezioni sono più mutualistiche che parassitarie, conferendo vantaggi agli insetti, come la resistenza a determinati virus.

Dean E. Albert Reece, vicepresidente esecutivo per gli affari medici dell’UM Baltimora, John Z. e Akiko K. Bowers Distinguished Professor e preside dell’ University of Maryland School of Medicine, conclude: «Questa nuova ricerca mostra il meglio della scienza di base. Darà un contributo alla nostra comprensione dell’evoluzione e potrebbe persino contribuire a farci capire come i microbi contribuiscono alla salute umana».