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Com’era la Terra un miliardo e mezzo di anni fa? E che organismi la popolavano?

Nel lungo cammino evolutivo che dai batteri porta agli esseri umani, una tappa fondamentale si verificò circa 1.5 miliardi di anni fa, quando i microbi iniziarono a “costruire” compartimenti cellulari ove riporre i loro materiali, ad esempio il DNA all’interno del nucleo, o facendo finire tutto il macchinario energetico all’interno dei mitocondri.

La forma natante di Naegleria, con i due flagelli. Il nucleo è colorato in blu

Alcuni scienziati hanno di recente sequenziato il genoma di uno strano organismo unicellulare chiamato Naegleria gruberi, che rappresenta un utile riferimento per comprendere appieno il passaggio da procarioti, in cui tutte le proteine necessarie alla vita “galleggiano” in una specie di minestrone all’interno della cellula, ad eucarioti, che presentano tali proteine organizzate in un sistema altamente compartimentalizzato.

La sequenza, ottenuta dal  Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) e da analisi degli scienziati dell’University of California – Berkeley, della Lancaster University britannica e da altri centri statunitensi e inglesi, è stata pubblicata oggi, 5 marzo, nella rivista Cell.

“In un certo senso, l’analisi del genoma di Naegleria ci mostra come sarebbe potuto essere il nostro pianeta più di un miliardo di anni fa, e  il tipo e le caratteristiche degli organismi che lo abitarono” dice Simon E. Prochnik, bioinformatico del JGI e di Berkeley, e coautore dell’articolo su Cell.

Un organismo dalla tripla personalità: caccia batteri sottoforma di ameba, nuota in forma flagellata e diventa quiescente nelle sembianze di cisti

Naegleria è un ameba comune nel suolo – l’organismo sequenziato è stato tratto dal fango di un boschetto di eucalipti nel campus di Berkeley – che, in condizioni di stress, sviluppa rapidamente due flagelli, simili alla coda di uno spermatozoo, che usa per nuotare nelle pozze.

Micrografia elettronica di cisti di Naegleria

Inoltre può assumere una terza sembianza, diventando una dura cisti, che può resistere a lungo nel suolo fino a quando l’ambiente diventi abbastanza caldo e umido per permetterle di riassumere la forma vegetativa di ameba.

“Questo organismo unicellulare caccia e mangia i batteri sottoforma di ameba, nuota in giro alla ricerca di un ambiente migliore  nella forma flagellata, e si ferma al sicuro aspettando tempi migliori nelle sembianze di cisti” dice Prochnik. “La trasformazione da ameba a cellula flagellata, come quello che si riscontra in N.gruberi, è evento molto raro”

Non sorprende dunque che il genoma di tale organismo possegga molti geni che permettono queste tre distinte “identità”: sono stati identificati ben 15727 geni codificanti proteine, un gran numero se consideriamo che l’essere umano ne possiede circa 23000 codificanti.

Continua Prochnik: “Naegleria ha un sacco di geni perchè ha uno stile di vita molto più complicato della maggior parte degli organismi unicellulari (in particolare dei parassiti), il che gli assicura una estrema versatilità: Naegleria contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per sopravvivere in un gran numero di ambienti diversi e ad una vasta gamma di sollecitazioni”

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La morte cellulare programmata è essenziale alla vitalità dell’intero organismo

Ogni giorno nel corpo umano circa 10 miliardi di cellule vanno incontro a suicidio: possono essere cellule infettate e trasformate da virus, oppure cellule malfunzionanti che si “sacrificano” altruisticamente per il bene comune dell’organismo.

Le nuove immagini hanno mostrato un onda ordinata di citocromo-c diffondersi attorno ad nucleo durante l'apoptosi

Ora, recenti esperimenti hanno fornito inedite immagini di tale processo, mostrando che il processo di morte programmata della cellula è in forte sincronia con una sorta di “onda di distruzione” che attraversa i suoi mitocondri, eliminando così la principale fonte di energia che mantiene la cellula in vita.

In un esperimento pubblicato recentemente nella rivista The Journal of Cell Science, ricercatori della Rockefeller University hanno fotografato in sequenza la morte di cellule individuali, mostrando l’ordinata serie di eventi di tale processo, che prende il nome di apoptosi.

Tali esperimenti hanno rivelato che la propensione all’apoptosi, così come la sua temporizzazione, dipende da quanto strettamente le diverse cellule siano correlate, e non tanto dalla loro vicinanza fisica o dallo stadio del loro ciclo cellulare: ciò esclude, ad esempio, che le cellule muoiano a causa di una cascata di segnale locale, accelerata dalla secrezione di molecole tossiche da parte di cellule in apoptosi adiacenti.

“Ciò che abbiamo visto è che, a prescindere dalla loro localizzazione, solo le cellule sorelle (originate per mitosi da una stessa cellula madre) presentano relazioni circa il momento in cui abbiano morte programmata” dice M.Simon “Ciò suggerisce quindi che non ci sia un qualche fattore tossico aspecifico nell’ambiente, ma che la variabilità all’interno di ogni popolazione di cellule circa la temporizzazione dell’apoptosi sia data dallo specifico assetto molecolare di ciascuna cellula”.

L’apoptosi è essenziale non solo per l’ordinario mantenimento della vita nell’organismo, ma anche nello sviluppo precoce (ad esempio alcune cellule della mano, che se non andassero in contro a morte durante l’embriogenesi porterebbero alla non separazione fisica delle singole dita) e nella messa a punto e rifinitura del sistema nervoso.

Continua Simon: “Mi piace pensare a questo processo come ad una statua che viene scolpita, in cui alcuni pezzi devono necessariamente essere rimossi per far uscire la forma dal blocco di marmo”

Una migliore comprensione dell’apoptosi potrebbe contribuire a spiegare alcune anomalie che si verificano durante lo sviluppo, oltre che essere fondamentale per lo studio di molti tipi di cancro, in cui cellule mutanti evitano la morte programmata e proliferano in maniera incontrollata, formando tumori e diffondendo in tutto il corpo. Un potenziale obiettivo terapeutico potrebbe dunque essere quello di riuscire ad innescare l’apoptosi in particolari popolazioni di cellule, come per esempio quelle tumorali.

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