Da quando gli scienziati hanno letto per la prima volta i codici genetici completi di creature come i moscerini della frutta e gli esseri umani più di due decenni fa, il campo della genomica ha promesso grandi passi avanti nella comprensione delle questioni fondamentali della biologia.
E ora arriva una puntata importante di quella promessa. In quello che Beth Shapiro, investigatore dell’Howard Hughes Medical Institute e Professore HHMI, definisce un tesoro di ricerca, più di 150 ricercatori di 50 istituzioni stanno pubblicando 11 diversi articoli nel numero del 28 aprile 2023 di Scienza. La ricerca porta nuove intuizioni dal Progetto Zoonomia, uno sforzo collaborativo senza precedenti guidato da Elinor Karlsson, direttrice del Vertebrate Genomics Group presso il Broad Institute del MIT e Harvard, che confronta e analizza i genomi completi di 240 diverse specie di mammiferi, dagli oritteropi a zebus.
I risultati di questa enorme quantità di dati genetici includono l’individuazione dei geni che sono alla base della capacità di ibernare o di come i cervelli si ingrandiscono, oltre all’identificazione della piccola frazione di geni che rende gli esseri umani unici. “Questi 11 documenti sono solo un esempio del tipo di scienza che si può fare con i nuovi dati genetici”, afferma Shapiro, professore di ecologia e biologia evolutiva all’Università della California, Santa Cruz. “Mostrano quanto siano importanti questi grandi consorzi e set di dati fondamentali”.
Due dei documenti, co-autori di Shapiro e del suo team di Santa Cruz, aprono nuovi orizzonti mostrando quante informazioni preziose possono essere trovate nei genomi di una singola specie, come le orche in via di estinzione, o persino nel DNA di un individuo. Quell’individuo è un cane da slitta di nome Balto, che è stato immortalato nei film e una statua per aver contribuito a portare l’antitossina difterica salvavita a Nome, in Alaska, in un epico viaggio attraverso la natura selvaggia dell’Alaska nell’inverno del 1925. Con solo un frammento del cane pelle preservata e “queste nuove incredibili tecniche che non avevamo prima, siamo stati in grado di fare questa fantastica cosa scientifica”, afferma Katie Moon, postdoc di HHMI, autrice principale dell’articolo di Balto e membro del team di Shapiro.
Estinzioni di massa
Uno dei nuovi articoli di Shapiro affronta una questione urgente e ad alto rischio nella conservazione. Gli esseri umani stanno ora causando estinzioni di massa e una grave perdita di biodiversità in tutto il pianeta. Ma quali sono le specie più a rischio? Tradizionalmente, gli ambientalisti hanno affrontato la questione contando scrupolosamente quanti individui ci sono in una popolazione e stimando quanto habitat rimane. Tali sforzi dimostrano che alcune specie, come i puma in California, su cui ha lavorato anche il team di Shapiro, sono seriamente in pericolo.
Ma cosa succede se l’animale in questione è una delle molte migliaia di specie per le quali non esistono dati validi sulla popolazione o sull’habitat? Per quelli, si è chiesto il team di Shapiro, potrebbe invece essere possibile stimare la minaccia di estinzione semplicemente cercando nei genomi delle creature geni “cattivi” o prove genetiche di consanguineità – i segni rivelatori di guai?
Per rispondere alla domanda, i co-autori principali, la scienziata HHMI Megan Supple e Aryn Wilder della San Diego Zoo Wildlife Alliance, hanno utilizzato la “Lista rossa delle specie minacciate” dell’Unione internazionale per la conservazione della natura per classificare i 240 mammiferi nel Progetto Zoonomia insieme un continuum da “minima preoccupazione” a “in pericolo critico”. Quindi hanno cercato i segnali preoccupanti nel genoma di ogni animale.
I risultati mostrano che i genomi sono notevolmente rivelatori. “Le informazioni codificate anche all’interno di un singolo genoma possono fornire una valutazione del rischio in assenza di adeguati dati ecologici o di censimento della popolazione”, riporta il documento. Non esistono dati validi sui numeri o sugli habitat per il ratto talpa cieco delle montagne dell’Alta Galilea, un piccolo roditore che scava tunnel, per esempio. Ma il suo genoma mostra che la specie sta bene, grazie. Al contrario, sia i dati genomici che quelli ecologici delle orche confermano che le orche assassine sono in serio pericolo.
Il potere predittivo dei genomi può essere sfruttato nello sforzo di identificare e salvare le specie in via di estinzione, suggerisce Shapiro. “Sappiamo che non avremo mai abbastanza soldi per la conservazione per andare in giro, ma usando anche un solo genoma, possiamo classificare le specie”, spiega, identificando rapidamente ed economicamente le creature più a rischio.
Campione di corse di cani da slitta
La posta in gioco era più bassa per il secondo articolo del team di Shapiro, lo sforzo del cane da slitta, ma è stato molto più divertente, dicono i ricercatori. “Spero che alla gente piaccia leggere di Balto tanto quanto mi è piaciuto lavorare al progetto”, dice Moon.
Le origini del progetto in realtà risalgono a qualche anno fa. Heather Huson, una campionessa di corse di cani da slitta diventata genetista di animali della Cornell University, stava tenendo un discorso a una riunione di veterinari di cani da slitta quando uno dei veterinari tra il pubblico si chiese se fosse possibile estrarre e analizzare il DNA dalla pelle conservata. Aveva persino in mente un potenziale soggetto di studio: Balto, il cui corpo tassidermizzato è esposto in una teca di vetro al Cleveland Museum of Natural History.
Huson era entusiasta dell’idea. “Sono cresciuta con le storie su Balto”, ricorda. Ma non aveva esperienza di lavoro con il vecchio DNA, “e non avevo intenzione di rovinare tutto”, dice. Quindi ha contattato l’antica comunità di ricerca sul DNA. Il percorso ha portato rapidamente a Beth Shapiro, una pioniera nel rivelare i segreti genetici di creature estinte come i mastodonti e di antichi umani nel campo chiamato paleogenomica. “Ho contattato Beth e lei ha detto: ‘Possiamo farcela’”, dice Huson.
I ricercatori hanno prelevato un campione della pelle di Balto dal Cleveland Museum ed hanno estratto il DNA del cane dal campione. Moonthen ha svolto il pesante sollevamento genetico nel laboratorio di DNA antico ad alta tecnologia dell’UC Santa Cruz, leggendo il codice dei frammenti di DNA di Balto abbastanza volte da coprire il suo intero genoma 40 volte.
Normalmente, gli scienziati apprenderebbero la genetica di una specie in parte osservando le variazioni genetiche tra individui diversi. Balto era solo un individuo, quindi “la sfida era come realizzare un progetto di ricerca da un cane”, afferma Huson. Ma la squadra aveva un asso nella manica. Oltre a poter confrontare il genoma del cane da slitta con i 240 mammiferi del progetto Zoonomia, hanno anche potuto attingere a un archivio genetico creato dal Karlsson del Broad Institute che ha genomi completi di 682 cani di un’ampia varietà di razze. “È un set di dati incredibile”, afferma Moon. A causa delle informazioni che contiene “sappiamo così tanto sui cani: quali parti del genoma li fanno apparire come fanno o si comportano come fanno”, spiega Moon. O come aggiunge Shapiro, il progetto Balto “è stata un’opportunità per riunire questi due set di dati”.
Momento emozionante
Usando solo le informazioni nei geni di Balto, Kathleen Morrill, allora studentessa di dottorato nel laboratorio di Karlsson presso la Chan Medical School dell’Università del Massachusetts, è stata in grado di prevedere sia l’altezza precisa del cane sia il fatto che il suo mantello nero avesse riflessi marrone chiaro ai bordi: – che non compaiono nemmeno nella maggior parte delle immagini. Un artista di talento, Morrill è stato in grado di disegnare un rendering, basato sulla genetica, che era più accurato di molte immagini. “Il suo disegno era l’aspetto che avrebbe avuto Balto”, dice Moon. “Era la prima volta che qualcuno lo faceva su un individuo che se n’era andato da quasi 100 anni, ed è stato un momento davvero emozionante per me”. Convalida anche l’idea che gli scienziati possano usare la genomica per immaginare con precisione che specie estinte da tempo – per le quali non esistono immagini – fossero davvero. “Dimostra che possiamo fare un ottimo lavoro prevedendo il loro aspetto fisico”, afferma Huson.
C’erano anche molte altre pepite scientifiche nel DNA di Balto. Nato nel canile del famoso allevatore di cani da slitta Leonard Seppala nel 1919, Balto discendeva da cani importati dalla Siberia. “Ma una delle cose più belle è quanto Balto sia vicino ai moderni cani da slitta dell’Alaska e al Siberian Husky”, afferma Huson. Il suo genoma mostra un mix di antenati, con meno geni deleteri rispetto alle moderne razze purosangue come i Siberian Husky e gli Alaskan Malamute. Il suo DNA è anche ricco dei cosiddetti geni dello sviluppo dei tessuti, che sono coinvolti in funzioni come la crescita muscolare, il metabolismo e il consumo di ossigeno. “Questo è esattamente ciò di cui avresti bisogno in un cane da lavoro”, dice Moon.
Eppure la genetica rivela anche i limiti di Balto. I cani da slitta sono stati originariamente allevati per una grande resistenza, ma dai tempi di Balto, gli allevatori hanno aggiunto più velocità. “Balto avrebbe potuto essere un duro cane da slitta con molta resistenza, ma non sarebbe stato molto veloce”, afferma Huson.
In effetti, gli esperti di cani da slitta sanno che Balto non era in realtà il vero eroe del viaggio salvavita del 1925. Quell’onore appartiene a un cane di nome Togo, che ha guidato la squadra di Seppala sulla tappa più lunga del viaggio di 674 miglia, un sorprendente 264 miglia (rispetto alle 53 miglia di Balto nel segmento finale). “Balto era il 2nd cane stringa”, dice Huson. Non essendo il primo materiale progenitore, è stato castrato, a differenza di Togo, “che è IL cane — la base di molti cani da slitta”, dice Huson. Quindi, il passo successivo, suggerisce, è ottenere un campione dai resti di Togo, ora conservati a Nome, per rivelare il prossimo capitolo di questo dramma genetico canino .
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
