Ricercatori del Regno Unito e degli Stati Uniti hanno trasformato la biologia del moscerino della frutta in modo che possa riprodursi senza un maschio in quella che è nota come partenogenesi o nascita vergine
La biologa dello sviluppo Alexis Sperling è stata ossessionata da una cosa che ha visto in laboratorio quando stava studiando per il suo dottorato. Una mantide religiosa aveva avuto dei piccoli spontaneamente, senza aver fatto sesso con un maschio. Una vergine aveva avuto dei figli.
Questa capacità non è mai stata osservata nei mammiferi, compreso ovviamente l’uomo, ma nel resto del mondo animale ci sono alcune specie in grado di farlo. Molti casi sono stati osservati negli zoo, dove le femmine avevano trascorso anni da sole senza la possibilità di accoppiarsi.
Nel 2015, un team ha scoperto uno dei primi casi di riproduzione senza sesso in natura: il pesce sega dai denti piccoli, che era sull’orlo dell’estinzione. E solo due anni fa, allo zoo di San Diego, due femmine del condor della California, a rischio di estinzione, hanno partorito per via asessuata, nonostante in questo caso fossero disponibili maschi riproduttori.
Questo fenomeno è chiamato partenogenesi (nascita vergine) e può essere un vantaggio se la madre è ben adattata al suo ambiente e se quest’ultimo non è molto mutevole. I loro figli, praticamente cloni delle madri, non avranno bisogno di maschi per produrre prole. Di fatto, la loro capacità riproduttiva viene raddoppiata in questo modo. È ancora un enigma come, quando e perché avvenga la partenogenesi e perché i mammiferi non possano compierla.
Sperling, biologo evoluzionista dell’Università di Cambridge (Regno Unito), ha chiarito alcune di queste incognite creando il primo animale geneticamente modificato capace di partenogenesi: il moscerino della frutta, o Drosophila melanogaster. Il team ha ottenuto questo risultato intervenendo su tre geni. Dopo 40 giorni senza un maschio che le fecondasse – metà della loro vita – le drosofile modificate hanno attivato i loro nuovi superpoteri genetici e hanno prodotto piccoli da sole.
Un potere ereditabile
È la prima volta che si dimostra come indurre la capacità di parto vergine, ha dichiarato Sperling. La prole è “completamente sana e, nonostante abbia ereditato il potere di effettuare la partenogenesi, mantiene anche la capacità di riprodursi sessualmente”, aggiunge il biologo, autore principale dello studio pubblicato sulla rivista specializzata Current Biology.
La partenogenesi è uno dei processi biologici meno conosciuti nel regno animale. Quando le uova maturano all’interno della madre, si dividono più volte finché non sono pronte, con metà del materiale genetico necessario per creare un nuovo individuo – l’altra metà è fornita dallo sperma del maschio. In questo processo può verificarsi una fusione dell’ovulo con il materiale genetico in eccesso, che dà origine alla fecondazione spontanea. Il processo genera una prole molto simile alla madre, ma non identica, poiché la sequenza genetica originale viene leggermente rimescolata nel processo di fusione.
I tentativi di far nascere i mammiferi per via asessuata sono falliti. In questi animali, marchi epigenetici specifici per il sesso dirigono l’espressione di circa 150 geni, impedendo lo sviluppo di embrioni con il solo genoma materno. In altre parole, alcuni geni essenziali per lo sviluppo dell’embrione vengono disattivati e attivati solo quando le metà genetiche della femmina e del maschio sono mescolate. Nei topi, questo sistema è stato parzialmente disattivato per generare una prole senza bisogno di maschi o di sesso, ma ha sempre richiesto una complessa manipolazione degli ovuli, che poi devono essere impiantati in una femmina per portarli a termine. Le barriere biologiche alla partenogenesi sono probabilmente molto più complesse nei primati e nell’uomo, quindi l’applicazione di queste tecniche alla riproduzione assistita presenta molte difficoltà.
Genetica della vecchia scuola
Il team di Sperling ha trovato la chiave per creare nascite vergini studiando il genoma di due varianti di un’altra mosca, Drosophila mercator. Una si riproduce solo per via sessuale e l’altra solo per partenogenesi. Ciò ha permesso di identificare due geni responsabili della fecondazione asessuata: il polo – essenziale per la proliferazione cellulare e scoperto alla fine degli anni ’80 da David Glover, coautore del presente studio – e Desat2. Gli scienziati hanno trovato i loro equivalenti nel genoma del moscerino della frutta e hanno iniziato a incrociare diversi lignaggi fino a ottenerne uno che avesse gli stessi schemi di funzionamento delle altre specie. Così è nata la prima generazione in grado di riprodursi in modo asessuato. Se, inoltre, si intensifica la funzione del gene Myc, essenziale per la crescita cellulare, la partenogenesi diventa molto più efficiente. “Si tratta di una genetica vecchia scuola”, riconosce Sperling, ma funziona.
Cayetano González, ricercatore esperto di drosofila presso l’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB) di Barcellona, ritiene che si tratti di un esperimento “molto sorprendente”. “Non solo hanno trovato la combinazione magica di geni, ma la stanno anche usando per dare a una specie che non era in grado di fare partenogenesi la capacità di farlo”, sottolinea. La scoperta mostra una delle vie evolutive per la riproduzione asessuata negli animali, ma è probabile che ce ne siano molte altre ancora da scoprire, aggiunge.
Sperling ha intenzione di riorientare la sua indagine verso un nuovo e preoccupante fenomeno. La partenogenesi è molto più comune negli insetti parassiti dell’agricoltura e può causare perdite milionarie. Un esempio è la tignola del pomodoro -Tuta absoluta-, considerata uno dei peggiori parassiti agricoli a livello globale. Sebbene fosse relativamente sotto controllo grazie agli attuali metodi di gestione dei parassiti, negli ultimi anni gli insetti sembrano essere diventati più resistenti.
Un metodo per combattere questi parassiti consiste nell’inondare la serra di feromoni femminili artificiali. I maschi sono talmente saturi di questi segnali biochimici che non riescono a trovare le femmine vere e proprie, con il risultato che non si riproducono. Sembra però che le femmine di tignola del pomodoro siano sempre più capaci di riprodursi per partenogenesi, e questo a sua volta dà loro un enorme vantaggio, poiché a ogni generazione non è solo la metà degli individui adattati all’ambiente a poter avere una prole – 50% femmine, 50% maschi – ma potenzialmente il 100%. Nonostante ciò, gli esperimenti hanno dimostrato che solo il 2% dei moscerini della frutta di seconda generazione produce prole per via asessuata, e solo finché non ci sono maschi in giro.
Sperling, che lavorava nel dipartimento di genetica di Cambridge, si è trasferito al Crop Research Center associato dell’università. “Voglio iniziare a capire come questo avvenga nei parassiti”, dice. “Vorrei testare tutti i pesticidi che usiamo e vedere se qualcuno di essi favorisce la partenogenesi. Per sapere se i nostri mezzi di produzione agricola di massa favoriscono davvero questo tipo di parassiti”.
Traduzione a cura di Nogeoingegneria
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Il moscerino della frutta ha svolto un ruolo chiave nello svelare i processi biologici nell’ultimo secolo. “Grazie a questo lavoro, la Drosophila è oggi l’organismo più conosciuto del pianeta”, ha dichiarato il professor Andreas Prokop, dell’Università di Manchester. “Grazie a queste conoscenze, possiamo pianificare un esperimento su un moscerino della frutta e ottenere il risultato in tre settimane. In un topo potrebbe essere necessario un anno. I moscerini della frutta offrono una pipeline economica e veloce per raggiungere la comprensione di questioni biologiche complesse che possono poi essere tradotte in applicazioni mediche” ( e altro) VEDI QUI
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