Api: vaccinate di serie

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La scoperta di un sistema biologico che permette agli insetti di “preparare” le nuove generazioni agli organismi patogeni presenti nel loro ambiente, promette una nuova comprensione della biologia di questi piccoli animali, con importanti risvolti anche economici


Evoluzione di un gingillo costoso
Un sistema immunitario di tipo adattivo, cioè capace di variare la risposta agli organismi patogeni in funzione delle esperienze passate, è un po’ una fuori serie della fisiologia: poche specie se la potrebbero in teoria permettere, dato che la grande quantità di energia che consuma va a discapito diretto della crescita e della riproduzione. E anche chi lo possiede raramente può permettersi di usarlo in modo dissennato: I vertebrati non hanno certo rinunciato a un sistema immunitario innato, nella nostra metafora un’affidabile utilitaria, evolutosi per occuparsi di invasori non troppo pericolosi o presenti così spesso nell’ambiente da essere diventati ormai vecchi clienti. Pur essendo in grado di reagire a una serie potenzialmente infinità di organismi e sostanze estranee, il sistema adattivo dei vertebrati si mette invece in moto, e conserva memoria delle passate aggressioni, solo quando queste, messo in scacco il sistema innato, rischiano di compromettere la vita dell’individuo. Dato che i morti non si riproducono, nel caso dei vertebrati la spesa richiesta per tenere in vita i pochi, costosi figli su cui questo gruppo conta per la continuità delle specie che lo compongono pare giustificata: i vertebrati che in un lontano passato lo hanno evoluto un’immunità adattiva, hanno poi trasmesso i loro geni ai discendenti fino a farne un tratto tipico di tutto il gruppo tassonomico.

Almeno una grossa cilindrata
Il discorso sembrava, almeno fino a poco tempo fa, differente nel caso degli insetti, in quanto questo tipo di immunità non era mai stata rinvenuta in questo gruppo. Ma di recente alcuni ricercatori hanno scoperto in alcuni insetti, fra cui triboli comuni (Tenebrio molitor), triboli rossi (Tribolium castaneum), bruchi dei cavoli (Trichoplusia ni), sfingi del tabacco (Manduca sexta) e le comuni api domestiche (Apis mellifera), un aumento della risposta immunitaria nella generazione successiva a quella esposta a determinati patogeni. Un sistema difensivo che, se non è la fuori serie dei vertebrati, è senz’altro più efficiente (e costoso) della semplice immunità innata.
Per tentare di comprendere il meccanismo biochimico alla base del fenomeno, Heli Salmela, Gro V. Amdam e Dalial Freitak delle università di Helsinki, Arizona State e della Norwegian University of Life Sciences hanno condotto varie ricerche sulle proteine trasferite dal corpo delle api regine (fra le comuni api domestiche) alle loro uova nel corso della riproduzione. I risultati dei loro test sono stati pubblicati sulla rivista ad accesso libero PLOS Pathogens; secondo questi dati la chiave dell’immunità trasmessa fra le generazioni fra gli insetti risiederebbe in una proteina chiamata vitellogenina, che si ritrova comunemente nelle uova. Essa è accumulata nel corpo delle regine all’interno di riserve di grasso e in seguito è trasferita alle uova, principalmente come riserva di energia. Ma, come hanno dimostrato i ricercatori, essa è anche in grado di trasmettere ai figli il ricordo immunologico dei patogeni con cui le api regine sono venute in contatto, comportandosi come una sorta di vaccino.

Necessaria e sufficiente
I test biochimici hanno dimostrato, per prima cosa, che la vitellogenina (VT) è in grado di legarsi tenacemente a vari batteri: la proteina è normalmente presente nell’emolinfa (l’equivalente del sangue) degli insetti. Incubate con emolinfa, varie colture batteriche sono risultate positive ad anticorpi fluorescenti anti-VT, anche dopo essere state energicamente risciacquate. Risultati analoghi non erano presenti coi soli batteri, coi soli anticorpi o con batteri incubati con proteine diverse dalla VT. Usando un test chiamato risonanza plasmonica di superficie, in grado di misurare la forza dei legami fra proteine senza coloranti o modifiche della sequenza, gli autori hanno dimostrato che la VT lega molto fortemente i batteri gram-positivi, in modo intermedio i gram-negativi e solo debolmente i lieviti.
I ricercatori sono poi stati in grado di dimostrare che frammenti di molecole tipiche della superficie dei batteri, marcate per diventare fluorescenti, erano portate all’interno delle uova fatte maturare in vitro, ma solo se era presente VT nel terreno di coltura.
Infine, i test hanno dimostrato che nessun’altra proteina all’infuori della VT che sia presente nell’emolinfa è in grado di legare o trasferire i patogeni. Questo non esclude però che l’immunità madre-figlio possa essere mediata da altre proteine espresse in quantità non rilevabili nell’emolinfa, o espresse solo in determinate circostanze tramite regolazione genica. Un dato interessante è inoltre la presenza di VT nel liquido seminale dei maschi d’ape: non è perciò da escludere una qualche forma di immunità padre-figlio.

Non dovremo dire addio alla frutta
Mentre le api domestiche, che sono una specie di estrema importanza a livello agricolo ed economico, si sono dimostrate fragili ecologicamente e sensibili a patogeni e inquinanti, altre specie infestanti sono fin troppo resistenti ai nostri tentativi di liberarcene. Varie ricerche avevano in passato dimostrato che la VT ha subito una rapida e recente evoluzione nelle api e in altri insetti, con la presenza di alleli multipli più o meno frequenti in popolazioni distanti geograficamente. Se alcune di queste varianti si dimostrassero più efficaci nella difesa da determinate infezioni, si potrebbero ottenere api domestiche resistenti ricorrendo a semplici incroci. D’altra parte si potrebbe invece pensare di calibrare la quantità di pesticidi da usare su specie infestanti in relazione alla loro sensibilità, evitando così di spingerle a evolvere una resistenza, usandone troppo pochi, oppure di danneggiare l’ambiente e le specie utili usandone troppi.


Riferimenti:
Salmela H, Amdam GV, Freitak D. Transfer of Immunity from Mother to Offspring Is Mediated via Egg-Yolk Protein Vitellogenin. PLoS Pathogens 2015 Jul 31;11(7):e1005015.

Immagine: By Muhammad Mahdi Karim (www.micro2macro.net) Facebook Youtube (Own work) [GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/fdl-1.2.html)], via Wikimedia Commons