Nuove scoperte dello Stowers Institute for Medical Research rivelano informazioni fondamentali sul funzionamento e la sopravvivenza di un pericoloso gene egoista, considerato una porzione parassita del DNA. La comprensione di questa dinamica è una risorsa preziosa per la comunità che studia i sistemi di riproduzione cellulare.

Un nuovo studio rivela come un gene “egoista” nel lievito utilizzi una strategia veleno-antidoto che ne consente la funzione e probabilmente ne ha facilitato il successo evolutivo a lungo termine. Questa strategia è un’aggiunta importante per gli scienziati che studiano sistemi simili, compresi i gruppi di ricerca che stanno progettando sistemi di guida sintetici per il controllo dei parassiti patogeni. I progressi in questo campo potrebbero un giorno portare all’eradicazione delle popolazioni di parassiti che danneggiano le colture o addirittura gli esseri umani nel caso di malattie trasmesse da vettori.

I geni egoisti sono geni che possono diffondersi in una popolazione a tassi più elevati rispetto alla maggior parte degli altri geni, senza apportare benefici all’organismo. Una precedente ricerca del laboratorio Zanders ha rivelato che un gene driver nel lievito, wtf4, produce una proteina velenosa in grado di distruggere tutta la progenie. Tuttavia, per una data coppia di cromosomi della cellula genitrice, l’effetto si ottiene quando wtf4 si trova solo su un cromosoma. L’effetto è quello di salvare simultaneamente solo la prole che eredita l’allele guida, fornendo una dose di una proteina molto simile che contrasta il veleno, l’antidoto.

Sulla base di questo lavoro, lo studio sviluppato nel laboratorio Zanders, ha scoperto che le differenze nei tempi di generazione delle proteine veleno e antidoto da wtf4 e i loro modelli di distribuzione unici all’interno delle spore in via di sviluppo. Il team ha sviluppato un modello che sta continuando a studiare per capire come il veleno agisca per uccidere la spora (l’equivalente di un uovo o di uno spermatozoo umano nel lievito). I risultati indicano che le proteine del veleno si raggruppano, potenzialmente interrompendo il corretto ripiegamento di altre proteine necessarie al funzionamento della cellula. Poiché il gene wtf4 codifica sia il veleno che l’antidoto, quest’ultimo ha una forma molto simile e si raggruppa insieme al veleno.

Per capire come funzionano i geni egoisti durante la riproduzione, i ricercatori hanno osservato l’inizio della formazione delle spore e hanno trovato la proteina del veleno espressa in tutte le spore in via di sviluppo e nel sacco che le circonda, mentre la proteina dell’antidoto era presente solo in bassa concentrazione in tutto il sacco. Più avanti nello sviluppo, l’antidoto si è arricchito nelle spore che hanno ereditato wtf4 dalla cellula madre del lievito. I ricercatori hanno scoperto che le spore che avevano ereditato il gene driver producevano una proteina antidoto aggiuntiva all’interno della spora per neutralizzare il veleno e garantire la loro sopravvivenza.

Il team ha anche scoperto che un particolare interruttore molecolare che controlla molti altri geni coinvolti nella formazione delle spore controlla anche l’espressione del veleno, ma non dell’antidoto, dal gene wtf4. L’interruttore è essenziale per la riproduzione del lievito ed è inestricabilmente legato a wtf4, contribuendo a spiegare perché questo gene egoista riesca a eludere qualsiasi tentativo dell’ospite di disattivare l’interruttore.

“Uno dei motivi per cui pensiamo che queste cose siano rimaste in circolazione così a lungo è che hanno usato questa strategia subdola di sfruttare lo stesso interruttore essenziale che attiva la riproduzione del lievito”, ha detto Nidamangala Srinivasa. “Se potessimo manipolare questi parassiti a DNA per farli esprimere nelle zanzare e guidarne la distruzione, potrebbe essere un modo per controllare le specie nocive”, ha detto Nuckolls.