[11/11/2009] News

La strategia “bet hending” dei batteri: rapida evoluzione genetica per adattarsi ai cambiamenti ambientali

LIVORNO. Nature ha pubblicato i risultati della ricerca "Experimental evolution of bet hedging" svolta da ricercatori tedeschi, olandesi e neozelandesi che hanno osservato l'emergere di una nuova strategia di adattamento dei batteri alla rapida evoluzione delle condizioni ambientali. In pratica per sopravvivere si adattano geneticamente.

«Se le condizioni ambientali cambino troppo rapidamente, la conseguenza può essere l'estinzione di una specie - spiega Christian Kost, ricercatore presso il Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena - .  Una strategia per affrontare con successo una simile sfida è quella di generare una prole variabile che possa sopravvivere in ambienti diversi. Anche se una parte della prole può avere una diminuzione della probabilità di sopravvivenza, la sopravvivenza della specie nel suo complesso è garantita».

Il team internazionale di scienziati  ha osservato per la prima volta questa strategia in laboratorio in un esperimento con il fluorescens Pseudomonas: un ceppo batterico esposto alla rapida evoluzione delle condizioni ambientali ha sviluppato la capacità di generare prole variabile senza ulteriori mutazioni. Questa nuova strategia ha garantito la sopravvivenza del ceppo batterico.

«Un detto popolare dice già una verità interessante, quando si raccomanda di "non mettere tutte le uova nello stesso paniere", vale a dire diffonderle e quindi ridurre i rischi - spiega il Max Planck Institute - Anche nel campo della biologia, tali strategie sono già note e chiamate "bet hedging". Nel processo evolutivo la "diversificazione del rischio" non è di solito la strada scelta per adattarsi all'ambiente, solitamente prevalgono mutazioni vantaggiose nei confronti di altri individui che non presentano queste mutazioni. In effetti, puntare sulla "bet hedging" significa che una generazione produce una discendenza che è geneticamente identico, ma differisce nella capacità di adattarsi agli attuali ambienti: alcuni discendenti sono adattati ottimamente al contesto attuale, mentre altri prosperano in condizioni completamente diverse. In caso di cambiamenti rapidi e drastici dell'ambiente, la discendenza questi ultimi è in vantaggio e quindi la specie sopravvive. Il vantaggio evolutivo della strategia "bet hedging" aumenta con più drastici e imprevedibili cambiamenti delle condizioni. Questi meccanismi di risk-spreading sono, ad esempio, conosciuti per i batteri patogeni: variando la superficie della cellula, le cellule geneticamente identiche patogeno sfuggono al sistema immunitario umano. Ulteriori esempi di "bet-hedging"  sono noti nel regno animale e vegetale».

Il progetto finanziato dalla Fondazione Alexander von Humboldt, ha studiato i batteri della specie Pseudomonas fluorescens presso il New Zealand Institute for Advanced Study di Auckland.

Questo tipo di batteri è stato scelto per il loro breve tempo di generazione, le loro cellule si dividono ogni 52 minuti, e sono particolarmente adatte per studiare l'evoluzione in provetta. Inoltre, il genoma relativamente piccolo di questi organismi facilita l'individuazione di nuove mutazioni. Il Pseudomonas fluorescens  ha un metabolismo estremamente flessibile, si trova nel suolo e nell'acqua. Alcuni ceppi di Pseudomonas fluorescens sono utili per la protezione delle piante dai parassiti e da altri fattori di biocontrollo. Nelle colture il batterio produce un antibiotico. Pseudomonas fluorescens viene anche usato per ricavare lo yogurt dal latte.

Nei loro esperimenti i ricercatori hanno esposto i ceppi di Pseudomonas a due diversi ambienti di coltura. La variante che aveva soppiantato le altre varianti in un ambiente, è stata introdotta nell'altro ambiente,  e viceversa, dove la mutazione precedentemente vantaggiosa non sarebbe più risultata utile. Si è dimostrato così che le nuove mutazioni, e quindi le nuove varianti, si sono evolute per compensare questo svantaggio. I ricercatori hanno scoperto che alla fine i batteri avevano sviluppato dei ceppi con la stessa struttura genetica, che produceva sempre due varianti diverse, in entrambi gli ambienti. Questi pseudomonas nati dalla diversificazione del rischio hanno avuto la meglio sui genotipi che si erano adattati soltanto per mutazione.

«L'analisi genetica ha dimostrato che entrambe le varianti erano assolutamente identiche a livello genetico - spiega Kost - Inoltre, la "bet-hedging"  del genotipo varia in nove mutazioni del ceppo ancestrale, con il quale l'esperimento era stato avviato. "I nostri esperimenti dimostrano che la diversificazione del rischio rappresenta un'ottima strategia per l'adattamento tempestivo agli ambienti che cambiano. Se un unico genotipo produce diverse varianti allo stesso tempo, potrebbe rispondere più velocemente ai cambiamenti importanti che avvengono in quell'ambiente».

Paul Rainey, ricercatore principale per lo studio della Massey University di Auckland, aggiunge che «Approfondimenti sui dati molecolari sottostanti rivelano il modo in cui l'evoluzione manipola il metabolismo centrale, per produrre una strategia che per svilupparsi probabilmente ha avuto bisogno - si potrebbe pensare - di decine di migliaia di generazioni. L'evoluzione rapida e ripetitiva della diversificazione del rischio nel corso dei nostri esperimenti indica che potrebbe trattarsi di una delle più antiche soluzioni evoluzionistiche della vita in ambienti variabili, forse addirittura antecedente i meccanismi di reazione ambientale della regolazione genetica».

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