La nostra curiosità non ha limite e così, avendo intrapreso un viaggio di studio nella genetica, ci siamo imbattuti in un nuovo “concetto” che sta salendo agli onori della cronaca, per lo meno della cronaca scientifica: l’epigenetica. 

Avevamo concluso il nostro “Piccolo riassunto di scienze” dicendo che la ricerca va avanti e quello che segue è un piccolo assaggio di questa nuova branca della biologia molecolare. 

In buona sostanza, come leggerete proseguendo l’articolo, questi nuovi studi stanno aprendo scenari assolutamente nuovi. Parliamo naturalmente delle basi della vita stessa e queste sono uguali sia che si tratti di piante, piuttosto che di animali o uomini.

Questi studi ci hanno colpito perché vi è la concreta possibilità che una “osservazione” che ogni allevatore, serio ed attento al proprio lavoro, fa negli anni e sulla quale basa molte delle proprie scelte intuitive, abbia finalmente le sue basi scientifiche: il “carattere” è geneticamente trasmissibile. Certamente non tutte le caratteristiche che formano il “carattere”, certamente non tutto il “comportamento appreso”, non immaginiamoci questa cosa come se insegnando noi al nostro cane a ballare su due zampe allora i figli automaticamente sapranno ballare su due zampe senza che io abbia bisogno di insegnarglielo, ma certe caratteristiche come “tempra”, “temperamento”, “aggressività”, etc. 

Non vi sembra una cosa nuova?

Provate a chiedere a coloro i quali hanno usato il liquido seminale di un famoso cavallo da corsa, su quali basi scientifiche hanno fatto questa scelta: nella maggioranza dei casi vi potranno rispondere che quello era un super-stallone e che si è verificato che nella sua progenie alcuni puledri avevano molte delle caratteristiche paterne, in gergo “allevatoresco” si dice che lo stallone “passa molto”, oppure vi potrebbero rispondere che “sperano” che almeno uno dei puledrini abbia una parte delle caratteristiche paterne, ma nessuno vi risponderà: perché c’è uno studio scientifico che dice… 

Naturalmente noi proseguiremo facendo le nostre scelte di allevamento così come abbiamo sempre fatto, con un occhio il più possibile competente, ma forse un domani, così come oggi già sta accadendo per gli esami genetici sulla trasmissibilità dei colori del pelo, gli scienziati sollecitati da noi stessi allevatori, ci forniranno una reale base scientifica a supporto delle nostre osservazioni appuntate nei libri di allevamento. E adesso dopo tutto questo lungo preambolo, ecco gli articoli promessi e vi invitiamo a far volare il vostro immaginario scientifico, così come è successo a noi. 

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Cos'è l'epigenetica?  

L'epigenetica è una branca della Biologia Molecolare, che ha a che fare con la Genetica, ma si differenzia da essa per il fatto che l'epigenetica si focalizza sulle modifiche che il materiale genetico può subire durante la vita. Alcune malattie, come i tumori, hanno una base detta appunto "epigenetica". 

Un tumore si origina infatti quando si ha un'alterazione del materiale genico che porta ad un aumento del turn-over cellulare, ad una alterazione delle funzioni cellulari, ad un'invasività delle cellule colpite. 

Un'alterazione delle strutture che riducono, o aumentano, l'accessibilità alla trascrizione e traduzione dei geni, si configura come un evento epigenetico che va ad alterare l'equilibrio cellulare. 

Lo stesso fatto che una cellula embrionale, totipotente, si indirizzi verso una funzione specifica, e come ciò possa avvenire, è oggetto di studio dell'epigenetica.  (http://www.windoweb.it/guida/medicina/epigenetica.htm)

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Per epigenetica si intende una qualunque attività di regolazione dei geni tramite processi chimici che non comportino cambiamenti nel codice del DNA, ma che possono modificare il fenotipo dell’individuo e/o della progenie. Questi fenomeni epigenetici alterano l'accessibilità fisica al genoma da parte dei complessi molecolari deputati all'espressione genica e, quindi, alterano il grado di funzionamento dei geni.”(http://www.ricerca.it/RICERCA/Sezioni/SezMetilazione/index.asp) 

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Detto ciò, proponiamo la parte introduttiva di un seminario tenuto dal Prof. Marcello Buratti dell’Università di Firenze nel 2004, un po’ vecchiotto è vero, ma a noi è sembrato estremamente chiaro al fine di meglio comprendere questa materia tanto complessa. 

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EVOLUZIONE BIOLOGICA

E I GRANDI PROBLEMI DELLA BIOLOGIA

Genetica, Epigenetica ed Evoluzione

EPIGENESI: LA BENEVOLA AMBIGUITÀ

Marcello Buiatti, Università di Firenze

Sommario

Il Dogma centrale della biologia implica che, dato un particolare DNA, l’organismo può assumere una ed una sola “configurazione”: il DNA, pertanto, è stabile ed assume la natura di un progetto senza errori.

(Jacques Monod “Il caso e la necessità).

Questa visione ha determinato, a livello concettuale, una netta vittoria della concezione preformista su quella epigenetica.In realtà, basandosi sui dati della Biologia contemporanea, si è visto che il genoma permette un forte livello di ambiguità, in relazione al numero e alle probabilità delle conformazioni che un organismo, con uno specifico DNA, può assumere.I principali meccanismi di ambiguità sono stati scoperti nella seconda metà del novecento ed individuati nei “trasposoni”, successivamente il sequenziamento dei genomi, ed in particolare di quello umano, ha evidenziato che solo 1,4% del nostro genoma è rappresentato da geni. Il 98% del DNA è “spazzatura”. È stato necessario, quindi, individuare le fonti dei vari tipi di ambiguità lungo il percorso DNA- trascrizione- traduzione - proteine - reti metaboliche.

L’analisi di queste fonti ha chiarito come i geni non costituiscano un programma di percorso unico ma siano, invece, strumenti concatenati con gradi di libertà tali da “auto-organizzare” ”fasci” di organismi diversi. La scelta fra questi è dinamica e mai definitivamente fissata fino alla fine del ciclo vitale.

[…]

Concetti chiave

Il fatto che solo l’1,4% del nostro genoma sia costituito da geni codificanti fa supporre che la trasmissione dell’informazione non possa essere che ambigua, un gene, cioè, deve contenere informazione per più di una proteina.

Le macromolecole portatrici dell’informazione sono modificate da tre processi capaci di influire direttamente sul fenotipo:

·         riarrangiamenti delle sequenze di DNA,

·         amplificazione genica

·         blocco dell’espressione genica dovuto alla metilazione

Le informazioni contenute in un gene possono essere “spezzate” e poi riarrangiate in ordini diversi dando origine a proteine diverse attraverso il cosiddetto “processamento” (“incertezza”) come processo generale di ambiguità.

Il “paesaggio conformazionale”, ossia l’insieme delle diverse conformazioni che può assumere una singola molecola, sia essa DNA, RNA o proteina, consente di associare ad ogni conformazione una diversa funzione.

Le proteine, oltre ad essere fonti di ambiguità/plasticità in quanto influenzano la capacità del DNA stesso di esprimersi o replicarsi, possono essere considerate i veri “attori” del metabolismo in quanto sono le macromolecole che trasformano, sintetizzano e distruggono i componenti dell’organismo.

Un'altra forma di plasticità è rappresentata dalla ridondanza e dalla vicarianza delle reti metaboliche.

[…]

(http://www.lincei.it/centrolinceo/bioxxxischeda5.html)

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 Aggiungiamo un altro articolo che abbiamo trovato curiosando in giro per il web, ci piace perché è molto chiaro ed esauriente, per quanto si possa utilizzare questo termine con una scienza del genere.

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Da: http://www.scienceinschool.org/2006/issue2/epigenetics/italian

Epigenetica

Traduzione di Marzia Massimi

 Come l’epigenetica dà forma alla vita

“…viene voglia di chiedersi se questo nastro attorcigliato di zuccheri e basi puriniche e pirimidiniche sia, effettivamente, Dio.” James Watson

Sono passati più di 50 anni dalla scoperta della struttura a doppia elica del DNA da parte di James Watson e Francis Crick. Questa scoperta, insieme alla diffusione della teoria darwiniana dell’evoluzione, ha contribuito a rendere di dominio pubblico l’idea che il DNA codifica caratteristiche ereditarie. Basti pensare al risalto dato dai media alla morte, avvenuta nel 2004, di Francis Crick, per rendersi conto di come questi concetti siano accettati anche al di fuori della comunità scientifica. In un certo senso però, le teorie evoluzionistiche che spiegano tutto con l’esistenza dei geni, hanno mostrato di avere dei limiti. Il programma genetico, come un complesso spartito musicale, rimarrebbe privo di vita senza un’orchestra di cellule (i musicisti) e di fattori epigenetici (gli strumenti musicali) per poterlo interpretare.

La scienza sta ora iniziando a comprendere chi sia ad interpretare il nostro “spartito” genetico e sembra anche che “l’interpretazione” possa cambiare radicalmente da una generazione all’altra senza che ci sia alcun mutamento nel DNA. L’epigenetica cerca di capire come il nostro genoma sia influenzato dai meccanismi che regolano l’espressione genica. Fattori epigenetici sono, ad esempio, l’arrangiamento spaziale del DNA, come l’avvolgimento intorno agli istoni per formare la cromatina, oppure la modificazione biochimica.

Il nostro corpo è formato da centinaia di tipi diversi di cellule ma ciascuna di esse deriva dalla stessa cellula di partenza. Una cellula nervosa è, però, molto diversa da una cellula del fegato.Se pensiamo che il genoma umano è formato da circa 30 000 geni è facile rendersi conto che, proprio come nell’interpretazione di un pezzo musicale, il silenzio ha un ruolo fondamentale. Lo sviluppo di una cellula è governato dal silenziamento selettivo di geni, e a sua volta, il silenziamento, è il risultato di fattori epigenetici come la metilazione (l’aggiunta di un gruppo metilico). Quindi la metilazione ha un effetto in tutti quei fenomeni in cui i geni vengono “accesi” o “spenti”, sia che si tratti della formazione di una macchia di colore viola su un petalo di petunia o della crescita di un tumore.

Errori nel silenziamento dei geni possono produrre pericolose “stonature”. Anomalie nella metilazione del DNA possono alterare l’organizzazione spaziale della cromatina. Questo a sua volta può determinare quali geni sono resi silenti dopo la divisione cellulare. L’ipermetilazione può inibire l’azione di geni che agiscono come soppressori di tumori o geni responsabili della riparazione del DNA. Non a caso tali epimutazioni sono state riscontrate in molti tipi di tumore. Pertanto lo studio dell’epigenetica può aprire la strada alla sperimentazione di nuove terapie.

L’epigenetica fornisce anche una spiegazione di come il materiale genetico si adatti ai cambiamenti ambientali. Ad esempio le piante, che pure non hanno un sistema nervoso, possono “memorizzare” i cambiamenti stagionali. In alcune specie biennali questa capacità è fondamentale per poter produrre fiori durante la primavera. Esperimenti hanno dimostrato che l’esposizione al freddo durante la stagione invernale provoca cambiamenti nella cromatina che silenziano i geni coinvolti nella fioritura. Questi geni sono poi riattivati durante la stagione primaverile, quando ci sono le condizioni migliori per la riproduzione.

L’ambiente può anche provocare cambiamenti epigenetici i cui effetti sono visibili sulle generazioni successive. Recenti esperimenti condotti sui topi hanno dimostrato che il colore del pelo, che può essere marrone, giallo o a chiazze a seconda del grado di metilazione del gene agouti durante lo sviluppo embrionale, è influenzato dalla dieta. Se durante la gravidanza le madri venivano nutrite con supplementi a base di acido folico o vitamina B12, che sono ricchi in gruppi metilici, la progenie aveva soprattutto pelo di colore marrone, mentre le madri nutrite normalmente (senza supplemento) avevano progenie con pelo giallo.

Proprio come un direttore d’orchestra controlla la dinamica dell’interpretazione musicale, i fattori epigenetici controllano l’interpretazione del DNA in ogni cellula vivente. La comprensione profonda di questi fattori potrebbe avere un impatto grandissimo sulla biologia evoluzionistica e dello sviluppo e avere anche risvolti pratici in medicina e in agricoltura.

Per rispondere a Watson, “l’alfabeto genetico é molto piú vicino alla parola di Dio, e la traduzione alla Sua mano” 

I gemelli monozigoti

Tali differenze si possono addirittura “vedere” a livello molecolare prestando attenzione al modo in cui i cromosomi sono sistemati nel nucleo delle cellule. Avvolto intorno a microscopiche sfere di proteine (gli istoni) lo stesso filamento di DNA puó avere effetti assai diversi a seconda della cellula. I complessi di proteine istoniche e i filamenti di DNA assumono strutture tridimensionali diverse a seconda delle modificazioni biochimiche. Una grande varietà di proteine può influenzare il materiale nucleico aderendo sia al DNA che alle proteine istoniche. È interessante notare come queste modificazioni sono influenzate dall’ambiente e principalmente dalla dieta.

Nei gemelli identici le cellule non hanno necessariamente lo stesso destino poichè sono i cambiamenti biochimici del DNA che decidono quali geni sono attivi e quali no. Recenti esperimenti (Fraga et al., 2005) condotti su 80 coppie di gemelli monozigoti hanno rivelato che il loro DNA è differentemente modificato con gruppi metilici. Quindi in un certo senso non si può dire che essi siano identici. Inoltre, queste differenze diventano via via più pronunciate con il passare degli anni.

Queste osservazioni accendono ulteriormente il dibattito sulla relativa influenza dei geni e dell’ambiente sul nostro destino. Sebbene le somiglianze fra gemelli siano più pronunciate delle differenze, proprio queste differenze potrebbero aprire nuove strade per la ricerca medica. Per esempio i due gemelli Gavin e Jason, sono entrambi a rischio di diabete di II tipo ma recentemente Jason è stato ricoverato per un’infezione al pancreas che lo ha costretto ad iniezioni di insulina per un certo periodo di tempo. I medici non sono stati in grado di fare una diagnosi precisa della malattia di Jason, ma se avessero avuto mezzi diagnostici migliori, come ad esempio quelli che lo studio dell’epigenetica potrebbe un giorno offrire, avrebbero magari potuto accertarsi meglio sulla malattia di Jason.

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Qualora tutto quanto abbiamo riportato sopra avesse stimolato una indecente curiosità, c’è anche da leggere un libro molto interessante, che apre ulteriori scenari assolutamente interessanti:

Evolution in Four DimensionGenetic, Epigenetic, Behavioral and Symbolic Variation in the History of Life

Di Eva Jablonka e Marion J. Lamb

http://www.hoepli.it/libro/evolution-in-four-dimensions.asp?ib=9780262101073&pc=000019003004000

Al momento è edito solo in inglese, ma pare che la Hoepli ne stia curando la traduzione in italiano.

Non siamo né medici veterinari né medici umani ma, come detto in apertura, siamo curiosi e la nostra curiosità non conosce limiti.

di Elisabetta Rombolà