La respirazione aerobica è una caratteristica distintiva degli eucarioti. Tuttavia alcuni organismi unicellulari che vivono in condizioni di ipossia, hanno progressivamente perso questa capacità. In assenza di ossigeno, i mitocondri di questi organismi hanno perso parte del loro genoma, evolvendosi in “organelli correlati ai mitocondri”, la cui presenza negli organismi eucarioti pluricellulari è stata a lungo investigata (Pikaia ne ha parlato qui).

Recentemente i ricercatori dell’Università di Tel Aviv, hanno scoperto un adattamento di questo tipo in Henneguya salminicola, un parassita obbligato pluricellulare appartenente al gruppo dei Myxozoa (Phylum Cnidaria), il quale prolifera e va incontro a  sporogenesi all’interno del muscolo bianco di uno dei sui ospiti, il salmone. Tipicamente, gli appartenenti al gruppo dei Myxozoa, hanno dei cicli di vita piuttosto complessi che richiedono due ospiti (di solito un pesce e un anellide), ma per quanto riguarda H. salminicola, il secondo ospite rimane ad oggi non identificato.

In uno studio pubblicato su PNAS, i ricercatori hanno descritto come H. salminicola ha perso la capacità di effettuare la respirazione cellulare aerobica, dimostrando come questo tratto ritenuto tipico degli eucarioti pluricellulari, non sia in realtà ubiquitario in negli animali. La ricerca ha dimostrato che H. salminicola ha perso non solo il suo genoma mitocondriale, ma anche quasi tutti i geni nucleari coinvolti nella trascrizione e replicazione del suddetto genoma.

Lo studio ha permesso inoltre di identificare alcuni geni nucleari che codificano per le proteine coinvolte in altre vie metaboliche mitocondriali e di scoprire che i geni coinvolti nella respirazione aerobica o nella replicazione del DNA mitocondriale erano assenti o presenti solo come pseudogeni. Utilizzando un approccio genomico “deep sequencing” gli scienziati hanno ricostruito il genoma di H. salminicola, servendosi del genoma di Myxobulus squamalis come controllo. M. squamalis è un organismo strettamente imparentato con a H. salminicola, ma notoriamente provvisto di genoma mitocondriale. I risultati molecolari sono stati poi confermati da microfotografie a fluorescenza, che hanno mostrato la presenza di DNA mitocondriale in M. squamalis, ma non in H. salminicola.

Un altro aspetto interessante emerso dallo studio consisteva nel fatto che, pur avendo perso il DNA mitocondriale, H. salminicola ha mantenuto degli organelli che ricordano i mitocondri, i cosiddetti “Mitochondria-Related Organelles” (MROs). Sebbene gli MROs si siano evoluti più volte in modo indipendente in gruppi animali diversi, alcuni presentano sorprendenti somiglianze, quali ad esempio, l’assenza delle stesse vie metaboliche, ma anche la presenza di geni codificanti per enzimi omologhi, come le Idrogenasi o la Formato C- Aciltransferasi, acquisiti indipendentemente grazie al trasferimento genico orizzontale. Questi enzimi consentono la sintesi di ATP a partire dal metabolismo anaerobico del Piruvato, con conseguente formazione di Idrogeno. Questi MROs sono pertanto conosciuti come Idrogenosomi. Sorprendentemente H. salminicola non presentava né geni di origine procariotica né enzimi della famiglia delle Idrogenasi, pertanto i ricercatori hanno capito di non avere a che fare con un Idrogenosoma, ma con un MRO contenente un sistema enzimatico ancora non identificato. In aggiunta gli MROs di H. salminicola sono ancora provvisti di creste contrariamente agli MROs tipici degli organismi anaerobi. La presenza di creste e l’identificazione di pseudogeni suggeriscono che la perdita del DNA mitocondriale e della respirazione aerobica potrebbe essere un evento evolutivo recente nel lignaggio di Henneguya.

Questa scoperta conferma che l’adattamento a un ambiente anaerobico non è caratteristico solo degli eucarioti più semplici a cellula singola, ma può presentarsi anche in piccoli organismi pluricellulari. Saranno tuttavia necessari ulteriori esperimenti per identificare la via metabolica con la quale H. salminicola riesce a produrre energia in assenza di ossigeno e per comprendere a fondo la transizione evolutiva con cui si è passati da un metabolismo aerobico ad un metabolismo esclusivamente anaerobico.


Riferimenti:
Dayana Yahalomi et al. A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome. PNAS, published online February 24, 2020; doi: 10.1073/pnas.1909907117

Immagine: Yahalomi et al, doi: 10.1073/pnas.1909907117