Microrganismi sintetici: focus sull’evoluzione della vita

Due gruppi di ricercatori statunitensi hanno prodotto due microrganismi sintetici – un batterio con un genoma misto DNA/RNA e un lievito contenente un batterio simbionte – che serviranno come modelli microbiologici per studiare due ipotesi su passaggi cruciali dell’evoluzione dei primi organismi: il passaggio dal genoma a RNA a quello a DNA e la nascita dei mitocondri, le centrali energetiche delle cellule eucariotiche. L’obiettivo di due diversi studi condotti dai ricercatori dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California, pubblicati sul “Journal of the American Chemical Society” e sui “Proceedings of the National Academy of Sciences” era quello di ricostruire le caratteristiche salienti di organismi vissuti miliardi di anni fa e, possibilmente, dare una risposta a questioni fondamentali sull’origine della vita. Nel primo studio, è stato creato un ceppo di batteri appartenenti alla specie Escherichia coli caratterizzati da un genoma chimerico, costituito per il 50 per cento da DNA e per il 50 per cento da RNA, in grado di sopravvivere e replicarsi. Il DNA, o acido desossiribonucleico, e l’RNA, o acido ribonucleico, sono molecole formate da catene lineari di soli quattro unità fondamentali, o nucleotidi: adenina, citosina, guanina e timina nel caso del DNA, e adenina, citosina, guanina e uracile nel caso dell’RNA. Entrambe le molecole hanno un ruolo fondamentale: il DNA codifica l’informazione genetica in ogni cellula, mentre l’RNA partecipa alla sua decodifica per la sintesi delle proteine e ad altri ruoli come la regolazione dell’espressione dei geni.

Immagine al microscopio di cellule di lievito contenenti batteri endosimbionti

Negli anni sessanta, pionieri della genetica come Carl Woese, Leslie Orgel e Francis Crick proposero un’ipotesi secondo la quale le prime forme di vita fossero batteri con un genoma costituito da RNA, che pur essendo meno stabile, partecipa direttamente alla catalisi delle reazioni chimiche. Questa ipotesi di vita basata sull’RNA, secondo i ricercatori potrebbe rappresentare uno stadio intermedio nell’evoluzione verso la vita basata sul DNA. Lo studio dei ricercatori dello Scripps rappresenta quindi una dimostrazione fondamentale dell’ipotesi dell’esistenza di organismi ibridi che nel corso dell’evoluzione primordiale della vita potrebbero aver veicolato la transizione dal DNA all’RNA miliardi di anni fa.

Nel secondo studio, il microrganismo ingegnerizzato era un lievito contenente un batterio: tra i due organismi si è realizzata una endosimbiosi, cioè un rapporto di mutuo vantaggio. L’organismo interno, in questo caso il batterio, fornisce al lievito l’energia necessaria al suo mantenimento, lo stesso ruolo che nelle cellule eucariotiche – cioè quelle più evolute, dotate di un nucleo – viene svolto dai mitocondri. Il microrganismo servirà a raccogliere nuovi dati per verificare la teoria secondo la quale l’endosimbiosi avrebbe rappresentato un’altra delle prime fasi della vita: l’idea è che l’organismo interno abbia trasferito nel corso dell’evoluzione le proprie funzioni nel nucleo del batterio ospitante. “La disponibilità di modelli di laboratorio manipolabili direttamente consente di cercare risposte a domande sull’evoluzione primordiale con modalità che prima erano inaccessibili”, ha spiegato Peter Schultz, uno degli autori. “Nel caso degli organismi simbionti, per esempio, i batteri modificati sembrano accumulare nuove mutazioni all’interno del lievito per meglio adattarsi al loro nuovo ambiente”.

 

Fonti:

  • Angad P. Mehta, Lubica Supekova, Jian-Hua Chen, Kersi Pestonjamasp, Paul Webster, Yeonjin Ko, Scott C. Henderson, Gerry McDermott, Frantisek Supek, and Peter G. Schultz. Engineering yeast endosymbionts as a step toward the evolution of mitochondria. PNAS (2018).

Sono Dottore di ricerca in Scienze Biochimiche e Biotecnologiche. Appassionata di microbiologia, collaboro a progetti di ricerca finalizzati all’utilizzo dei batteri per la produzione di molecole biologicamente attive di interesse farmaceutico ed applicativo

Informazioni su Maria Giovanna Borzacchiello 5 Articoli
Sono Dottore di ricerca in Scienze Biochimiche e Biotecnologiche. Appassionata di microbiologia, collaboro a progetti di ricerca finalizzati all'utilizzo dei batteri per la produzione di molecole biologicamente attive di interesse farmaceutico ed applicativo

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