I virus come fattore chiave dell’evoluzione dei mammiferi

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Un recente studio mostra l’impatto della lotta ai virus nell’evoluzione dell’uomo e di altri mammiferi: sarebbe responsabile di almeno il 30% degli adattamenti del proteoma

Gli strumenti elaborati dalla biologia molecolare hanno permesso negli ultimi anni di scoprire, in varie parti del genoma dell’uomo e di altri mammiferi, un gran numero di mutazioni adattive, tali cioè da rendere l’organismo più adeguato a sopravvivere e riprodursi nel proprio ecosistema. Viene dunque spontaneo chiedersi quali possano essere gli elementi dell’ambiente che hanno maggiormente esercitato una pressione selettiva: forse la predazione? Oppure le condizioni climatiche?

Gli scienziati hanno ritenuto che un possibile candidato per questo ruolo fossero i virus; e per vari motivi. Prima di tutto alcune ricerche hanno mostrato che le proteine direttamente coinvolte nella difesa antivirale hanno sperimentato un elevato ritmo di adattamento (un esempio è la protein chinasi R, che riconosce e blocca la replicazione virale); inoltre i virus accompagnano dall’antichità la vita dei mammiferi, mutano in modo estremamente veloce e interagiscono, per la loro peculiare modalità di sviluppo, con un gran numero di proteine della cellula, non solo quelle del sistema immunitario.

Tuttavia finora erano noti pochi casi di adattamento ai virus al di fuori delle proteine antivirali. Il più notevole è il recettore della transferrina, che in molti tipi di cellula è responsabile dell’assorbimento del ferro, e viene anche usato da parecchi virus come via d’accesso alla cellula. Il recettore è ripetutamente sfuggito al legame con questi virus grazie a ricorrenti cambiamenti di aminoacidi.

Come scoprire se altre proteine al di fuori di quelle del sistema immunitario abbiano mutato velocemente a causa dell’interazione con i virus? Un recente studio pubblicato su eLife si è proposto di indagare la questione mettendo a confronto il ritmo di evoluzione delle proteine interagenti con i virus (chiamate per brevità: VIP) con le proteine non interagenti con essi. Se il primo fosse stato nettamente superiore l’ipotesi dei virus come fattori guida dell’evoluzione sarebbe stata rafforzata.

La ricerca si è svolta in due fasi. Dapprima sono stati passati in rassegna decine di migliaia di abstract della letteratura scientifica, recuperando circa 1300 proteine di cui è nota l’interazione con virus (come HIV, HCV, HPV, ecc.) su un totale di quasi 9900 proteine omologhe, che si sono conservate nel genoma di 24 specie di mammiferi. Più dell’80% tra queste non sono proteine adibite specificamente alla difesa immunitaria. Poi sono stati costruiti algoritmi big-data per comparare il genoma delle VIP con quello delle altre proteine. Il confronto è stato effettuato a due diverse scale temporali: sia a livello dell’evoluzione dell’uomo e dei primati, sia all’interno dell’albero filogenetico dei mammiferi.

I risultati sono stati molto interessanti: gli adattamenti si sono verificati tre volte più frequentemente nelle VIP rispetto alle altre, portando dunque gli studiosi a concludere che un 30%  di tutti i cambiamenti adattivi negli aminoacidi del proteoma umano possa essere stato guidato dai virus.

Il risultato è tanto più significativo in quanto le proteine esaminate sono solitamente coinvolte nei processi basilari della cellula, (trasporto, sviluppo, apoptosi, trascrizione, ecc.) perciò soggette anche a stringenti vincoli evolutivi, che ne limitano la possibilità di cambiamento. Inoltre l’eccesso di adattamento si riscontra in maniera ubiquitaria nelle varie dimensioni adottate dalla ricerca: su numerosi taxa di mammiferi, su funzioni biologiche diverse, in risposta a diversi virus.

Gli autori della ricerca ritengono peraltro che il valore del 30% sia una sottostima, giacché non solo restano ancora molte VIP da scoprire, ma anche proteine non direttamente interagenti con i virus potrebbero essere coinvolte nella risposta antivirale, ad esempio in cascate enzimatiche.

Lo studio in esame ha riguardato solo adattamenti antichi, verificatisi milioni di anni fa in umani e in altri mammiferi. Ulteriori studi potranno indagare quanti dei recenti adattamenti del genoma umano possono essere attribuiti alla corsa agli armamenti contro i virus. Dmitri Petrov, uno degli autori, aggiunge: “Stiamo imparando quali parti della cellula hanno partecipato in passato alla lotta contro i virus, presumibilmente senza effetti negativi per l’organismo; questo potrebbe suggerirci proteine da indagare per nuove terapie”.


Riferimenti:
Enard et al. 2016. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals. eLife

Immagine: Di NIAID (H1N1 Influenza Virus Particles) [CC BY 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], attraverso Wikimedia Commons