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E se fossero stati i virus a regalarci gli organismi pluricellulari?

La prossima volta che avete un raffreddore, invece di maledire i virus potreste ringraziarli, per esempio per avervi creato la pelle.

Sembra infatti che i geni portati dai virus abbiano fornito alle cellule l’abilità di crescere all’interno di organi e tessuti, e anche di riprodursi sessualmente. Senza questi geni gli animali potrebbero non essersi evoluti al di là di semplici esseri unicellulari.

virus

Spesso le nostre cellule hanno bisogno di fondersi con altre, creandone di più grandi con nuclei multipli. Questo è possibile grazie all’aiuto di proteine che tengono unite le pareti e poi le spezzano, per romperle e far mescolare il loro interno. Questo miscelamento è essenziale alla formazione della maggior parte degli organi, come i muscoli , la pelle o le ossa, oltre che per la riproduzione, con la fusione di sperma e ovulo. Ad esempio, fuse insieme nella placenta, impediscono ad agenti chimici pericolosi di entrare a contatto con il feto; pure i vasi sanguigni sono fatti di cellule fuse.

A dispetto della sua importanza, nessuno sa come si sia evoluta la fusione cellulare, anche perché è difficile individuare le proteine responsabili: fino ad ora ne sono state trovate solo due.
La prima, la sincitina, trovata nel 2000, è essenziale per la formazione della placenta umana, e il gene che la codifica venne da un virus [1]

Nel 2002 poi è stata trovata una seconda proteina, chiamata EFF-1 che aiuta la formazione della pelle nel verme Caenorhabditis elegans, spesso studiato dai biologi per la sua semplicità [2].
In seguito alla scoperta nel 2007 di AFF-1, una proteina simile, fu chiara l’esistenza di una intera famiglia di proteine, chiamate proteine FF, che avevano simili caratteristiche. Felix Rey, del Pasteur Institute di Parigi, ha ora scoperto che anch’esse provengono dai virus.

Il suo team ha compreso la struttura 3D della proteina EFF-1 usando la cristallografia e la diffrazione a raggi- X, le stesse tecniche che furono usate per determinare la struttura del DNA nel 1950.

Assomiglia a quella di una proteina prodotta da virus, e la parte attiva – che ha il compito di collegare una cellula all’altra – è praticamente identica. I virus utilizzano la proteina per strappare e aprire la membrana di una cellula che possono poi infettare. Nei vermi entrambe le cellule devono contenere la proteina prima di potersi fondere, ma la proteina funziona a sua volta in un modo simile. I risultati sono stati presentati alla Lorne Conference on Proteine Structure and Function ​​in Australia il mese scorso, e sono stati accettati dalla rivista Cell.

Dal momento che la EFF-1 è così simile a una proteina virale, è quasi certo che il gene per essa deriva da un virus che infettò uno degli antenati del verme, spiega Rey.
Questo non è senza precedenti. Il genoma per esempio umano è disseminato di DNA che vi è penetrato quando i virus infettarono le cellule di un antenato. Solo alcune di queste parti di codice sono tuttavia conosciute per avere funzioni importanti.

Mentre EFF-1 è stata studiata solo in C. elegans, Rey spiega che molti organismi potrebbero usare la stessa proteina. Visto che pure la sincitina è virale, anche tutte le proteine di fusione cellulare che sono state trovate fino ad esso provengono dai virus. Ciò vuole dire che i primi animali ricevettero tutte queste proteine da infezioni virali?

Questa è la sensazione che abbiamo” dice Fasseli Coulibaly dalla Monash University a Melbourne, in Australia. “E’ senza dubbio l’ipotesi piu seducente, però, da scienziati, dobbiamo investigare più approfonditamente. Se questo è vero, sarà un grande vantaggio.

E’ plausibile che tutta la fusione cellulare derivi da geni virali che penetrarono nel nostro genoma, dice Elizabeth Chen della John Hopkins University a Baltimore in Marylland. Ora la sua squadra sta cercando di trovare la proteina responsabile della fusione cellulare nel tessuto muscolare, ma è ancora troppo presto per dire se derivi anche questa da un virus.

I risultati per ora sembrano indicare questa ipotesi, spiega Rey. Se le proteine di fusione cellulare provenissero da diverse fonti, non ci si aspetterebbe di identificare le prime due come di provenienza virale.

Se fosse vero che la fusione cellulare c’è stata donata dai virus vorrebbe dire che essi sono anche i responsabili della vita multicellulare, dice Coulibaly. Le cellule si sarebbero potute raggruppare insieme anche da sole, ma senza l’abilità di fondersi non avrebbero potuto evolvere in qualcosa di più avanzato delle spugne, figuriamoci in esseri umani.

Prima che le cellule siano capaci di creare qualcosa come pelle o tratto digestivo, devono essere in grado di fondersi”, spiega Coulibaly. Se fosse confermato, sarebbe da premio Nobel.”

Rey fa un passo più in la ipotizzando che i virus potrebbero essere responsabili dell’esistenza stessa degli organismi pluricellulari. I virus passavano e uscivano da diverse cellule, scambiando tra di esse informazioni genetiche. “Questo mi fa pensare che i virus potrebbero aver enormemente contribuito alla comunicazione tra le cellule e all’aspetto degli organismi pluricellulari sulla Terra” dice Rey.

[1] (Nature, doi.org/c53gpz)
[2] (Developmental Cell, doi.org/cd7mcf)

Daniel Iversen
8 marzo 2014

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