Wolbachia spp.: un nemico naturale microbico

Wolbachia: caratteristiche generali

Wolbachia spp. è un genere di alfa-proteobatteri intracellulari diffuso in molte specie di artropodi. Questi batteri possono essere trasmessi per via orizzontale tra i taxa, oppure tra individui della stessa specie per via citoplasmatica nei tessuti riproduttivi dell’individuo ospite (ovaie e testicoli), ed in seguito alle uova. Qui sono in grado di causare una serie di alterazioni nelle funzionalità riproduttive dell’ospite, come incompatibilità citoplasmatica, induzione di partenogenesi, femminizzazione dei maschi genetici, morte degli embrioni maschili.

Inoltre, Wolbachia è in grado di alterare lo sviluppo iniziale ed i processi della mitosi nell’ospite: nella prima divisione mitotica (profase) i cromosomi si condensano correttamente, ma non riescono a separarsi in metafase; di conseguenza, si ha la diplodizzazione del nucleo.

È stata riscontrata la presenza di questi batteri in alcune specie di insetti, isopodi, acari, e sono stati trovati batteri strettamente correlati a Wolbachia in nematodi.

“Nemico naturale” microbico

Negli ultimi anni si è verificato un crescente interesse per Wolbachia spp. in campo agro-ambientale in quanto potrebbe essere un ottimo agente per il controllo delle popolazioni di insetti dannosi. La capacità di questi batteri di manipolare la riproduzione dell’ospite causando incompatibilità citoplasmatica potrebbe essere sfruttata per la soppressione di questi insetti, anche come alternativa al SIT (Sterile Insect Tecnique), una tecnica di controllo biologico che prevede la diffusione massale di insetti maschi sterili appartenenti alla specie da contrastare.

Si propone inoltre l’utilizzo di Wolbachia spp. anche come vettore per diffondere geni di interesse, per ottenere caratteri desiderabili nelle popolazioni di artropodi.

Incompatibilità citoplasmatica

L’incompatibilità citoplasmatica è un carattere che l’endosimbionte Wolbachia impone al proprio ospite; i batteri, all’interno dell’apparato riproduttore maschile dell’ospite, agiscono sugli spermatozoi in via di sviluppo, modificando i cromosomi paterni in fase di spermatogenesi; questa modifica ne influenza il comportamento in fase di mitosi.

La diversa combinazione tra individui sani e infetti durante l’accoppiamento può comportare la trasmissione e generazione di progenie infetta:

  • Ovocita infetto e spermatozoo non infetto: progenie infetta;
  • Ovocita infetto e spermatozoo infetto: progenie infetta;
  • Un ovocita non infetto e spermatozoo infetto: morte della progenie.
Schema rappresentativo del meccanismo di incompatibilità citoplasmatica
Figura 1 – Schema rappresentativo del meccanismo di incompatibilità citoplasmatica.

Controllo biologico: metodo inondativo

Il controllo biologico con metodo di tipo inondativo consiste nell’introduzione intenzionale di un elevato numero di parassiti, predatori ed agenti patogeni nell’ambiente per ridurre o sopprimere una popolazione di insetti dannosi. Si tratta di un processo efficace nel lungo periodo, in quanto prevede che i nemici naturali da noi introdotti si stabiliscano nell’ambiente, si riproducano ed esplichino la loro funzione. L’utilizzo di Wolbachia come nemico naturale prevede l’introduzione nell’ambiente di insetti maschi appartenenti alla specie dannosa infetti dal batterio. Questi, accoppiandosi con femmine sane, daranno origine a progenie non vitale. Per la buona riuscita del metodo è necessario assicurarsi che gli insetti presenti nel luogo da trattare siano esenti da Wolbachia.

Insetti oggetto di studio

Gli esperimenti eseguiti finora suggeriscono che l’incompatibilità citoplasmatica indotta da questo batterio può essere un buon mezzo di controllo per popolazioni di insetti vettori di malattie come la zanzara Culex pipiens, ma anche di vettori/parassiti agricoli come la mosca del ciliegio Rhagoletis cerasi; la mosca mediterranea della frutta Ceratitis capitata; il moscerino della frutta e dell’aceto Drosophila melanogaster; il lepidottero delle farine e frutta secca Cadra cautella; la piralide (lepidottero) della canna da zucchero africana Eldana saccharina. Alcuni esperimenti sono stati effettuati per verificare quali specie possano essere infettate e quindi in grado di ospitare e trasmettere il batterio; una possibile infezione forzata dell’ospite può essere fatta attraverso microiniezioni con ago microcapillare di citoplasma embrionale contenente Wolbachia.

Figura 2: Nell'immagine a sinistra, adulto di Ceratitis capitata o Mosca mediterranea della frutta; a destra, adulto di Rhagoletis cerasi o Mosca del ciliegio.
Figura 2 – Nell’immagine a sinistra, adulto di Ceratitis capitata o Mosca mediterranea della frutta; a destra, adulto di Rhagoletis cerasi o Mosca del ciliegio.

Fonti

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