[17/09/2012] News

Come le api decidono cosa essere, modificando il loro Dna. Importanti ricadute per la salute umana

I modelli di comportamento di bottinatrici e infermiere collegati ad "etichette" epigenetiche reversibili

I ricercatori della Johns Hopkins university, della Norwegian university of life sciences e dell'Arizona State university sono convinti di aver trovato la prima prova che i complessi  modelli dei comportamenti reversibili delle api, e probabilmente anche di altri animali, siano legati a variabili chimiche reversibili sui geni. Il team di scienziati scrive nello studio "Reversible switching between epigenetic states in honeybee behavioral subcastes" pubblicato su Nature Geoscience che per la prima volta la metilazione "tagging" del Dna è stato collegata a qualcosa a livello comportamentale in un intero organismo. Ne viene fuori che «Il comportamento in questione e le sue corrispondenti modifiche  molecolari, sono reversibili, il che ha importanti implicazioni per la salute umana».

Secondo Andy Feinberg, direttore del Center for epigenetics dell'Hopkins' institute for basic biomedical sciences, «Da tempo è stato dimostrato che l'aggiunta di metilazione del Dna ai geni svolge un ruolo importante nella regolazione attività del gene nel cambiamento dei sistemi biologici, come la determinazione del destino nelle  cellule staminali o nella creazione di cellule tumorali». Per capire come l'epigenetica possa contribuire al comportamento, lui e il suo team hanno studiato dal vero modello di comportamento animale: quello delle api.

Utilizzando un metodo chiamato Charm (comprehensive high-throughput arrays for relative methylation), che permette ai ricercatori di analizzare l'intero genoma in una sola volta, il team di ricercatori statunitensi e norvegesi, ha analizzato la posizione della metilazione del Dna nel cervello delle api operaie che svolgono due "professioni" nell'alveare. Tutte le api operaie sono femmine e all'interno di un alveare sono tutte sorelle geneticamente identiche, però non tutte hanno lo stesso compito, alcune sono "infermiere", altre sono bottinatrici che procurano il cibo. Le api infermiere sono in genere più giovani e restano nell'alveare per prendersi cura della regina e delle sue larve. Quando le infermiere maturano diventano bottinatrici e lasciano l'alveare per andare a raccogliere il polline ed altri rifornimenti utili a tutta la colonia.

Feinberg spiega su EurekAlert! che «Gli stessi geni non hanno intenzione di dirci che cosa sia responsabile dei due tipi di comportamento. Ma l'epigenetica, dato che controlla i geni, potrebbe farlo»

Il team di Feinberg ha trovato differenze significative nei modelli di metilazione del Dna nelle api che hanno identiche sequenze genetiche ma un modello comportamentale molto diverso.

Feinberg ed il norvegese Gro Amdam hanno iniziato il loro esperimenti su nuovi alveari popolati da api della stessa età, il che ha eliminato la possibilità che eventuali differenze comportamentali potessero essere attribuite  a differenze di età. Amdam spiega che «Quando le api giovani si inseriscono in un nuovo alveare, si dividono i loro compiti in modo che la giusta proporzione diventi infermiere o raccoglitrici. Sono queste due popolazioni che sono stati testate accuratamente dopo la caratterizzazione e la marcatura di ogni ape secondo la sua categoria "professionale", o comportamentale».

Analizzando i modelli di metilazione del Dna nel cervello di 21 api infermiere e di  21 bottinatrici, il team ha trovato «155 regioni di Dna che avevano tag patterns diversi nei due tipi di api. I geni connessi alle differenze di metilazione erano per lo più geni regolatori noti per influenzare lo stato di altri geni». Feinberg utilizza un esempio singolare: «Le sequenze di geni senza questi tag sono come strade senza luci di stop all'ingorgo. Una volta che sappiamo che ci sono delle differenze, abbiamo potuto fare il passo successivo per determinare se fossero permanenti».  E Amdam aggiunge: «Quando ci sono troppe poche infermiere,le bottinatrici possono intervenire e prendere il loro posto, tornando alle loro pratiche precedenti».

I ricercatori hanno rimosso tutte le api infermiere dagli alveari per capire se le api bottinatrici avrebbero mantenuto le loro "etichette" genetiche del foraggiamento quando fossero state costrette a comportarsi di nuovo da infermiere. Poi hanno aspettato diverse settimane per vedere se nell'alveare si fosse ristabilito l'equilibrio. Quindi il team ha ancora una volta cercato differenze negli schemi di metilazione del Dna, questa volta tra le bottinatrice rimaste raccoglitrici e tra quelle diventate infermiere ed hanno scoperto che «107 regioni del Dna hanno mostrato tag diversi tra le raccoglitrici e quelle ritornate infermiere, suggerendo che i marchi epigenetici non sono permanenti, ma reversibili e collegati al comportamento delle api ed i fatti della vita dell'alveare».

Feinberg ha evidenziato che «Più della metà di quelle regioni erano già state individuate tra le 155 regioni che cambiano quando le infermiere maturano in raccoglitrici» ed Amdam conferma che «Le 57 regioni sono probabilmente alla base dei diversi comportamenti esibiti da infermiere e raccoglitrici. E' come una di quelle immagini che ritraggono due immagini diverse a seconda del vostro punto di vista. Il genoma delle api contiene le due immagini delle infermiere e delle bottinatrici. I tag del Dna danno al cervello le coordinate in modo che sappia quale sia il tipo di progetto di comportamento»

I ricercatori sperano che i loro risultati «Possano iniziare a far luce sulle complesse questioni comportamentali negli esseri umani, come l'apprendimento, la memoria, la risposta allo stress e i disturbi dell'umore, che coinvolgono tutte le interazioni tra componenti genetiche ed epigenetiche simili a quelle dello studio. La "underlying genetic sequence"di una persona è agita da  tags epigenetici che possono essere interessati da stimoli esterni, così da cambiare in modo da diventare modelli di comportamento stabili, ma reversibili».

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