Salto di geni da insetto a insetto

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I geni trasferiti da un gruppo di vespe parassite a vari lepidotteri (farfalle e falene) non solo producono proteine funzionanti nel nuovo ospite, ma, almeno in un caso, producono anche un vantaggio nella sopravvivenza

Gli animali, così come gli altri organismi pluricellulari, più che come individui vanno pensati come piccoli, ma complicatissimi, ecosistemi. Sono interamente ricoperti, o addirittura contengono dentro di sé, vaste comunità di individui microscopici di numerose specie; che interagiscono fra loro e con il loro ospite come parassiti, semplici commensali o simbionti benefici. Nella pratica, queste interazioni non sono sempre chiaramente distinte fra loro e sono frutto di intricati e lunghi processi di coevoluzione. Non stupisce quindi che prove sempre più convincenti descrivano il passaggio di geni fra un organismo pluricellulare ospitante e i suoi, più o meno, volontari e inevitabili ospiti, come già descritto in un precedente articolo (Pikaia ne ha parlato qui). Non era invece così scontato che in natura fosse possibile il passaggio di geni fra organismi pluricellulari non imparentati filogeneticamente e che interagiscono fra loro in modo labile in natura. Ma ora un gruppo di casi di questo genere sono stati provati da Laila Gasmi, dell’università di València, per mezzo di un’ampia collaborazione tra università spagnole e francesi. I risultati della ricerca di Gasmi e colleghi sono stati esposti in un paper pubblicato sulla rivista PLoS Genetics.

Mascalzoni in coppia
Il meccanismo con cui i virus sfruttano le cellule dell’organismo infettato possono seguire due vie principali: nella via litica il virus, oltre a copiare i propri codici genetici, costringe la cellula infettata a produce un guscio proteico, insieme ad altre proteine; il tutto viene poi assemblato in un pacchetto virale che abbandona la cellula, pronto a infettarne un’altra. Nella via lisogenica invece, il materiale genetico virale si infila stabilmente in quello dell’ospite, in una sorta di tregua, e quando la cellula ospite si riproduce anche il materiale virale è copiato con essa.
Ma nelle vespe parassite della famiglia Braconidae più che una semplice tregua, però, quello raggiunto sembra un vero e proprio accordo di collaborazione: le vespe si riproducono paralizzando i bruchi di varie farfalle nel cui corpo inseriscono uova che si svilupperanno poi nutrendosi lentamente dall’interno dell’ospite ancora vivo fino a provocarne la morte; mentre un genere di virus, ormai così stabilmente legato alle vespe da avere preso il nome di Bracovirus, si è integrato stabilmente nel DNA delle cellule del loro apparato ovopositore. Ma anche se si riproducono efficacemente passando di generazione in generazione di vespe, i bracovirus continuano a produrre particelle contenenti proteine e geni che fuoriescono dalle cellule ospiti e si accumulano in grande quantità nel fluido iniettato insieme alle uova nel bruco bersaglio dalla vespa. Il fatto è poi ancora più strano se si considera che queste particelle, pur essendo in grado di invadere le cellule del bruco, non ne prendono il controllo per produrre altri virus. Tuttavia le particelle virali esprimono nelle cellule dei bruchi infettati vari geni in grado di disattivarne le difese immunitarie, rendendoli incapaci di liberarsi dell’uovo della vespa.La strategia del bracovirus è quindi un vero capolavoro evolutivo: non fa altro che favorire la sopravvivenza dell’uovo della vespa e, con esso, di se stesso.

Meccanismo infallibile? Non nella mira
Dal momento che il DNA portato delle particelle del bracovirus è copiato da sequenze inserite nei cromosomi della vespa e che si integra poi in quelli delle cellule dei bruchi loro vittime non è possibile, si sono chiesti gli autori della ricerca, che anche qualcos’altro passasse fra i due insetti? La prima risposta sembrava essere un no, visto che il genoma di una delle specie più colpite dalle Braconidae, la sfinge del tabacco (Manduca sexta), non mostra tracce di geni simili a quelli del virus o della vespa. Ma il sodalizio riproduttivo vespa-virus è molto efficiente e raramente le specie che vengono attaccate da essi sono in grado di sopravvivere. Gli autori hanno quindi preso in considerazione come oggetto dell’eventuale trasferimento di geni specie di lepidotteri presenti nell’ambiente delle vespe, ma non oggetto di abituale attacco da parte di queste. Come avevano previsto, molte sequenze di DNA poco legate filogeneticamente al restante patrimonio genetico della specie, e molto simili a quelle di Bracovirus, sono state rilevate nei bachi da seta domestici (Bombyx mori) e, allo stato selvatico, nella farfalla monarca (Danaus plexippus). Nella seconda specie, dopo i sette esemplari iniziali, gli autori hanno analizzato le sequenze geniche, provenienti da ricerche svolte per altri fini, di 88 individui fra farfalle monarca e specie imparentate, stabilendo che l’evento di trasferimento di geni risale a un antenato comune alle specie vissuto 5 milioni di anni fa. Hanno anche potuto stabilire che le proteine codificate dai geni trasferiti sono regolarmente espresse nelle farfalle monarca e che la selezione verso questi geni è di tipo purificante (la specie li mantiene come sono e le mutazioni che li alterano tendono a essere eliminate), dimostrando come i geni traferiti svolgano funzioni utili, per quanto ignote, negli organismi ospiti.
Ancora più interessanti sono stati i risultati relativi alla comune, e odiata dai contadini di tutto il mondo, falena nota come Spodoptera exigua: nel genoma di questa specie, oltre a un gene probabilmente originato da un bracovirus è presente anche una lectina (una proteina specifica per legare gli zuccheri) affiancata da sequenze tipiche del bracovirus, rare nel resto del genoma dell’insetto. Questo gene è presente in vari bracovirus, ma non in tutti. I virus che lo possiedono inoltre non sono strettamente imparentati filogeneticamente. Il gene è invece presente con poche variazioni in tutte le vespe Braconidae.
Una copia del gene per la lectina deve essere stata in passato, una o più volte, spostata dalla sua sede originale nel genoma della vespa, per finire nella sequenza di DNA di origine virale copiato per essere inserito nelle particelle virali. Una delle vespe portatrice di questa versione alterata del virus, deve poi avere ovodeposto in un bruco di Spodoptera. La larva, non essendo l’ospite designato, è sopravvissuta all’attacco e le particelle virali hanno trasferito il gene della vespa alle sue cellule, comprese quelle della linea germinale.
Come nel caso della farfalla monarca, i geni traferiti tendono a essere conservati inalterati nella falena ed espressi in proteine, anche se, in alcune popolazioni geografiche, esse sono tronche e non funzionanti. Gasmi e colleghi hanno potuto verificare, in questo caso sperimentalmente, che le proteine espresse dai geni trasferiti proteggono i bruchi della molesta falena dai virus del genere Baculovirus, un loro comune patogeno la cui diffusione era già stata tentata in passato per liberarsi di questo pericoloso parassita agricolo.

Il nemico del nemico del mio nemico…
Il peculiare metodo di riproduzione delle vespe Braconidae, con le sue conseguenze sulle Spodoptera, oltre a una lezione sull’efficienza e la varietà dei metodi dell’evoluzione, mette in guardia a livello pratico sui pericoli del trasferimento di geni nella lotta agli insetti e ad altri infestanti a livello agricolo. Ai veleni, al contrario nostro, si adattano a sopravvivere; dai patogeni che gli mandiamo contro a difendersi. Possiamo pensare di produrre piante o patogeni transgenici, ma pare che anche chi si vuole mangiare il nostro cibo sia già capace di farlo da prima, e magari anche meglio, di quanto siamo in grado di fare noi.


Riferimenti:
Gasmi L, Boulain H, Gauthier J, Hua-Van A, Musset K, Jakubowska AK, Aury JM, Volkoff AN, Huguet E, Herrero S, Drezen JM. Recurrent Domestication by Lepidoptera of Genes from Their Parasites Mediated by Bracoviruses. PLoS Genetics. 2015 Sep 17;11(9):e1005470.

Immagine via Wikimedia Commons