- I virus acquisiscono geni dagli eucarioti – organismi le cui cellule immagazzinano il loro DNA in un nucleo – e li usano per la propria funzione.
- Al contrario, gli eucarioti acquisiscono geni dai virus per apportare nuove funzioni alle loro cellule, persino la difesa antivirale nei mammiferi.
- Lo scambio di geni tra virus ed eucarioti è un motore evolutivo chiave che causa l’innovazione cellulare e il cambiamento a lungo termine negli organismi.
Per classificare tutti gli organismi viventi, gli scienziati usano la tassonomia, un sistema di denominazione, per raggruppare organismi simili. I raggruppamenti più grandi sono chiamati regni. Ad esempio, gli esseri umani, tutti gli animali, le piante, i funghi e gli organismi multicellulari sono membri di un regno chiamato eucarioti.
Le cellule eucariotiche hanno tutte un’importante caratteristica in comune: ospitano il loro DNA in un nucleo. Il nucleo della cellula è posizionato centralmente e legato alla membrana.
I procarioti includono batteri e archei, organismi unicellulari il cui DNA è impacchettato in modo lasco e circondato da una membrana cellulare.
I virus sono ancora più semplici. Comprendono solo DNA o RNA e hanno solo un rivestimento proteico protettivo, chiamato capside, che li circonda.
Cosa hanno a che fare questi organismi distinti l’uno con l’altro e con l’evoluzione? Un bel po’, secondo il biologo evoluzionista dell’Università di Oxford e primo autore del nuovo studio, il dottor Nicholas AT Irwin.
Codipendenti
Virus ed eucarioti dipendono l’uno dall’altro. I primi usano i loro geni derivati dall’ospite per la replicazione e il controllo cellulare, spesso codificando geni informativi e operativi derivati dalle cellule, consentendo ai virus di adattarsi e sopravvivere.
Gli eucarioti possono incorporare il DNA virale nei loro genomi. È stato ora scoperto che questo nuovo DNA, precedentemente ritenuto inattivo, fornisce nuove funzionalità ai loro ospiti eucarioti.
I colleghi del Dipartimento di botanica dell’Università della British Columbia a Vancouver, Canada, e del Dipartimento di zoologia dell’Università di Oxford, Regno Unito, hanno collaborato con il dottor Irwin per rivelare scoperte rivoluzionarie nel movimento genico tra virus ed eucarioti chiamato gene orizzontale trasferimento.
Nel diario
Utilizzando analisi computerizzate consolidate dello sviluppo evolutivo e della diversificazione delle specie, chiamate filogenetica, i ricercatori hanno potuto delineare come i trasferimenti di geni bidirezionali di virus ed eucarioti abbiano guidato la diversificazione delle specie.
Basandosi su 40 anni di sequenziamento del DNA
ha spiegato il dottor Irwin Notizie mediche oggi che i ricercatori “hanno utilizzato analisi computazionali per cercare prove di geni trasferiti nei genomi di circa 200 eucarioti e migliaia di virus, che coprivano la diversità delle specie eucariotiche e virali i cui genomi erano stati campionati”.
“Non eravamo interessati solo a identificare i geni virali all’interno dei genomi eucariotici, ma anche a rilevare la presenza di geni eucariotici nei genomi virali”.
Notizie mediche oggi ha chiesto al dottor Irwin come sono stati in grado di arrivare a conclusioni così radicali sulla correlazione genetica tra eucarioti e virus. Il dottor Irwin ha raccontato:
“Uno dei fattori importanti che ci ha permesso di condurre questa analisi è stata l’enorme quantità di dati genomici che ora sono diventati disponibili da eucarioti, virus e procarioti (compresi batteri e archei). Queste nuove risorse sono il risultato di importanti sforzi di sequenziamento del DNA che cercano di comprendere la diversità dei genomi attraverso l’albero della vita”.
“Oltre a questo, i recenti progressi tecnologici nel sequenziamento del DNA e nella metagenomica ad alto rendimento, che è il sequenziamento e l’assemblaggio di genomi di comunità miste di organismi, come campioni di acqua di mare, hanno accelerato la velocità con cui questi dati sono diventati disponibili”.
“Avere una grande diversità di set di dati genomici di alta qualità è stato fondamentale, in quanto ci ha permesso di dedurre quali specie stavano partecipando a questi trasferimenti genici”, ha aggiunto il dott. Irwin.
Darwinismo virale?
Gli scienziati hanno scoperto che sia i virus che gli eucarioti “dirottano” il DNA dell’altro.
Ma hanno scoperto che i geni eucariotici si trasferiscono ai virus circa il doppio della frequenza dei geni virali trasferiti agli eucarioti.
Il dottor Irwin ha spiegato che potrebbero esserci alcuni motivi per cui i virus sono stati i grandi vincitori nella competizione genetica. Ha notato che i geni possono trasferirsi frequentemente dal virus all’eucariota, ma potrebbero non rimanere a causa della selezione naturale.
Ma i virus possono conservare quei geni che acquisiscono dai loro ospiti perché sono benefici per il virus. E, affinché un gene persista, l’organismo deve sopravvivere e propagarsi, una caratteristica in cui i virus sono molto abili.
I ricercatori hanno quindi applicato tutta la loro conoscenza della genetica di questi numerosi eucarioti e virus e li hanno confrontati con alberi evolutivi ben consolidati. In questo modo, potrebbero approssimare i tempi degli eventi di trasferimento genico rispetto a quando le specie divergevano o si speciavano, il che si riferisce al diventare un nuovo tipo di specie. Per Notizie mediche oggi, Il dottor Irwin ha illustrato:
“Se osservassimo un gene virale in un genoma umano, prevediamo che il gene sia stato acquisito dopo che gli esseri umani si sono speciati da altri primati. Al contrario, se un gene virale fosse presente in tutti gli animali, diciamo dalle spugne agli scimpanzé, dedurremmo che quel gene è stato derivato dall’ultimo antenato comune degli animali”.
“Naturalmente, ci sono diversi modi per interpretare questi modelli, ma basiamo le nostre interpretazioni sul presupposto che ottenere un gene attraverso il trasferimento genico sia più difficile e improbabile che perdere un gene trasferito”.
[D]R. Irwin ha descritto tre incidenti separati nell’evoluzione in cui sono presenti geni virali ed esemplificano l’evoluzione influenzata dal virus:
- I geni animali sono coinvolti nella produzione di acido ialuronico, un componente importante dei tessuti animali.
- I parassiti del tripanosoma, l’agente eziologico della malattia del sonno e della malattia di Chagas, possiedono più geni virali nei loro mitocondri.
- I geni virali sono presenti e sembrano funzionare nello sviluppo placentare, indicando che questi geni potrebbero aver contribuito all’evoluzione dei mammiferi placentari.
L’albero della vita
Notizie mediche oggi ha chiesto al dottor Irwin cosa lo ha incuriosito di più dei suoi risultati. rifletté,
“Il risultato più interessante dello studio è stato la capacità di identificare e visualizzare i modelli di trasferimento genico attraverso l’albero della vita eucariotico”.
“Uno dei miei principali interessi è capire come si sono evolute la diversità e la complessità cellulare e credo che questo lavoro abbia fornito prove evidenti del fatto che le interazioni del virus ospite hanno svolto un ruolo importante nel generare la diversità della vita che vediamo oggi”.
“Penso anche che questo studio abbia implicazioni interessanti sul modo in cui vediamo i virus. Simile al modo in cui la scoperta e la caratterizzazione del microbioma hanno cambiato la nostra visione dei batteri, penso che rivelare l’influenza che i virus hanno avuto sull’evoluzione della vita potrebbe incoraggiare pensieri più sfumati sull’importanza dei virus in natura”.
– Dottor Irwin
Riguardo a dove questa ricerca potrebbe portare futuri sforzi scientifici, l’autore principale, il professor Patrick Keeling, ha aggiunto: “Molti progressi nella comprensione [h]Il trasferimento genico orizzontale (HGT) negli eucarioti si è concentrato sul modello di trasferimento genico sull’albero degli eucarioti: ora abbiamo anche alcune informazioni sul processo che ha portato a quel modello e sulla probabilità che i virus siano una via principale per i trasferimenti.
“Sarebbe utile prendere alcuni dei lignaggi in cui vediamo molto HGT virale e scavare più a fondo, osservando host e virus più strettamente correlati per vedere il processo svolgersi su scale temporali diverse”.
E infine, ha osservato il dottor Keeling, “identificare per quali geni sono selezionati i virus può dirti molto su quale processo rende il virus più efficace e, per estensione, su come utilizza la sua cellula ospite”.
Questo studio, che spiega l’HGT tra eucarioti e virus, è il primo del suo genere a rivelare come i virus potrebbero aver consentito a più specie eucariotiche di divergere ed evolversi.
