I processi molecolari alla base dell’adattamento

L’adattamento è un concetto chiave per la biologia evolutiva e si riferisce a processi come la capacità delle specie di sopravvivere in ambienti che cambiano e la resistenza agli antibiotici e alla chemioterapia per il cancro. I recenti progressi nel campo del sequenziamento genetico hanno reso più facile che mai trovare prove di adattamento su una scala senza precedenti.

Salute

I metodi attuali per studiare l’adattamento spesso si basano esclusivamente su un gene candidato a priori o sulla ricerca di segnali di selezione a livello del DNA. Questo però può avere come risultato un quadro parziale e incompleto dei processi alla base dell’adattamento. Questo problema è stato affrontato dal progetto ADAPT_EVOL (The molecular process and functional consequences of adaptation), che ha studiato l’adattamento indotto da elementi trasponibili (ET) nel comune moscerino della frutta (Drosophila melanogaster). L’ET è una sequenza del DNA in grado di cambiare la sua posizione all’interno del genoma, a volte creando o invertendo mutazioni. I ricercatori hanno identificato inserzioni di ET adattative in popolazioni naturali di diverse zone geografiche. Per questo sono state raccolte sequenze di tutto il genoma in 27 specie dalla Svezia e 16 specie raccolte nell’Italia meridionale. L’analisi di questi 43 genomi, insieme all’analisi di 141 specie del Nord Carolina (USA) e 20 specie di una popolazione in Ruanda, hanno permesso agli scienziati di identificare 39 ET probabilmente adattabili. Si è scoperto che questi 39 ET erano o presenti con una bassa frequenza o erano assenti nella popolazione del Ruanda, mentre erano presenti con un’alta frequenza nelle popolazioni al di fuori dell’Africa. Questo ha suggerito che questi particolari ET siano coinvolti nell’adattamento all’ambiente al di fuori dell’Africa. È stato ipotizzato anche che 15 degli ET considerati adattativi abbiano aumentato la frequenza come conseguenza di una selezione positiva. Ulteriori studi dei meccanismi molecolari e dell’idoneità di sei ET considerati adattativi hanno rivelato che cinque erano coinvolti nella risposta agli stress e due nella risposta allo stress causato dal freddo. Inoltre un ET era coinvolto nella risposta allo stress ossidativo, uno alla risposta allo stress da metalli pesanti e uno alla risposta allo stress xenobiotico. ADAPT_EVOL ha dimostrato che l’abilità di sopportare un ambiente stressante è un importante tratto di adattamento nelle popolazioni naturali di D. melanogaster. Si è scoperto che 2 dei 6 ET adattativi influenzano sia la struttura che l’espressione del gene vicino, mentre altri tre influenzano solo l’espressione. Il progetto ha dimostrato che gli ET sono uno strumento utile per studiare l’adattamento nelle popolazioni naturali. Poiché sono presenti in praticamente tutti gli organismi studiati fino a questo momento, è improbabile che il ruolo degli ET nell’evoluzione adattativa si limitato solo ai moscerini della frutta.