Dai globuli bianchi al naso dei topi: lo strano viaggio degli FPRs

SCOPERTE – Viene quasi spontaneo: quando ci avviciniamo a del cibo di cui non conosciamo la provenienza o che abbiamo conservato per qualche tempo la prima cosa che facciamo è annusarlo per capire se ci può piacere e se è andato a male. Non sempre però riusciamo a capire se qualcosa non va e se il cibo può risultare tossico. I topi, sotto questo aspetto, sono notevolmente avvantaggiati grazie a una doppia modifica genetica avvenuta milioni di anni fa. La scoperta, fatta da un team di ricercatori dell’Università di Ginevra in Svizzera e pubblicata sulla rivista PNAS, è stata ottenuta grazie alla collaborazione di un gruppo di biologi del dipartimento di Genetica, guidato dal professor Ivan Rodriguez del Dipartimento di Genetica ed evoluzione, col professor Alan Carleton del dipartimento di Neuroscienze.

Il nostro organismo come quello di tutti i mammiferi possiede molti meccanismi di difesa da microbi e agenti patogeni in generale. A partire dalla pelle che costituisce la barriera primaria verso gli agenti esterni, per passare al muco, ai vari tipi di linfociti, agli anticorpi: le armi a disposizione e i meccanismi di difesa sono numerosi, ma a volte non bastano. E se in alcuni casi avessimo la possibilità di non entrare affatto a contatto con determinati microrganismi o sostanze? Immaginiamo di poter disporre, ad esempio, di un senso che ci permetta di individuare subito un alimento contaminato da salmonella. L’olfatto, che a volte ci fa capire quando un cibo è guasto, in questo caso non ci è di aiuto. Ebbene i topi possiedono, invece, proprio una capacità di questo tipo.

Tra i tanti meccanismi di difesa a disposizione dei mammiferi ve ne è uno che si attiva grazie a una classe di proteine dette FPRs che si trovano sulla superficie di diversi tipi di globuli bianchi. Questi hanno la funzione di recettori in quanto hanno la caratteristica di legarsi a determinate molecole, in particolare quelle connesse ad agenti patogeni. Grazie a questa caratteristica sono in grado di guidare i globuli bianchi verso i siti di invasione di microorganismi stimolando l’uccisione di questi ultimi.

Proprio lo staff del professor Rodriguez aveva scoperto, nel 2009, che questo tipo di recettori era presente anche nelle cellule olfattive di alcuni roditori dandogli quindi la possibilità di annusare i cibi contaminati da patogeni. Ma come avevano fatto dei recettori dei globuli bianchi a finire nel naso dei topi e dei criceti? È proprio questo che sono riusciti a capire i ricercatori dell’Università di Ginevra dopo aver proseguito gli studi: secondo i risultati, per produrre questa caratteristica, ci sono voluti due incidenti genetici avvenuti decine di milioni di anni fa negli antenati comuni di alcuni roditori.

“Volevamo capire come gli FPRs si sono evoluti per essere espressi sulla superficie dei neuroni olfattivi acquisendo una nuova funzione” ha spiegato il biologo Quentin Dietschi, coautore dello studio. Per farlo i ricercatori hanno comparato serie di DNA appartenenti a varie specie di roditori. Sono riusciti così ad andare indietro nel tempo seguendo l’evoluzione dei geni fino a individuare due errori genetici avvenuti durante l’evoluzione dei roditori che hanno prodotto questa caratteristica.

Le modifiche genetiche sono un fenomeno normale. Nel passaggio del patrimonio genetico da una generazione all’altra avviene sempre qualche cambiamento. A volte queste alterazioni risultano dannose, altre volte, invece, possono rivelarsi importanti innovazioni utili all’adattamento all’ambiente. Questo fenomeno è particolarmente evidente nell’olfatto dei topi.  “Durante l’evoluzione un gene che codifica uno degli FPRs è finito vicino a una sequenza di DNA che regola l’espressione di un recettore olfattivo. Questo elemento del genoma è stato così dirottato permettendo l’espressione dello FPRs a spese del recettore olfattivo originale” ha spiegato un altro dei ricercatori del team, Joel Tuberosa. È stato così che l’antenato di criceti, ratti e topi ha acquisito la nuova capacità olfattiva di annusare tracce di microbi.

Alcune decine di milioni di anni più tardi, nell’antenato del topo, un gene che codifica un altro FPRs immunitario è finito nuovamente vicino a un elemento che regola l’olfatto. In questo modo il piccolo roditore ha acquisito l’ulteriore capacità di rilevare col naso molecole legate ad agenti patogeni. Questa ricerca ha così ricostruito un caso esemplare di come, grazie a due geni dirottati, una famiglia di recettori è stata convertita da sensori interni all’organismo a sensori esterni.

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