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L'evoluzione di enzimi specifici per lo sfruttamento di diversi zuccheri è stata ottenuta dai lieviti grazie a successivi eventi di duplicazione genica

  Autore: n/a

  giovedì 13 dicembre 2012 ore: 00:00:00 - letto [ 2844 ]

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Resuscitando" geni ancestrali dei lieviti risalenti fino a 100 milioni di anni fa, una ricerca getta nuova luce sulle strategie evolutive che portano alla comparsa di innovazioni vantaggiose per gli organismi. L'evoluzione di enzimi specifici per lo sfruttamento di diversi zuccheri è stata ottenuta dai lieviti grazie a successivi eventi di duplicazione genica, in cui vari tipi di mutazioni sono intervenuti per ottenere l'attività finale più utile alla sopravvivenza. (red)

Ricostruire l’evoluzione naturale studiando il suo esito finale – gli organismi attualmente viventi – è un compito improbo per i biologi, ma grazie alle nuove tecniche di bioinformatiche, i ricercatori di una collaborazione internazionale tra l’Università cattolica a Leuven e quella di Ghent, entrambe in Belgio, e quella di Harvard, negli Stati Uniti, sono riusciti a ricostruire il DNA e le proteine da esso codificate a partire da cellule di lievito preistoriche, come si legge sulla rivista online "PLoS Biology".

Il risultato ha consentito così di gettare una luce sulla pressione evolutiva che ha agito su questo genoma per decine di milioni di anni, fino a dare origine al lievito così come lo vediamo oggi.

Secondo un'intuizione del biologo giapponese Susumu Ohno, proposta in un pionieristico libro del 1970 e poi sviluppata da diversi autori, una delle principali fonti d’innovazione per il genoma è la duplicazione casuale di geni già esistenti, che può portare o a una sequenza nucleotidica assolutamente identica a quella originaria oppure a una sequenza leggermente differente.

In questo secondo caso, l’organismo può contare su una copia del gene pienamente funzionale, che garantisce la codificazione delle proteine necessarie al metabolismo cellulare così come si è svolto fino a quel momento, e su una copia leggermente alterata, che nei casi più fortunati può dare un vantaggio evolutivo rispetto all’ambiente, dando luogo a un fenomeno denominato "neo-funzionalizzazione". In alternativa, si può verificare una modificazione dei meccanismi di regolazione dell'espressione genica che porta a suddividere la funzionalità precedente sulle due copie, realizzando così una "sub-funzionalizzazione".

Come sottolineano gli autori dell'articolo, esiste una sproporzione tra la varietà di modelli che spiegano in dettaglio i meccanismi dell'evoluzione per duplicazione e la mancanza di dati sperimentali che possano corroborarli. In quest'ultimo studio, i ricercatori sono partiti da un'ampia famiglia di geni per le glucosidasi (enzimi per la lisi del glucosidi, formati dal legame tra uno zucchero e una struttura non zuccherina), presenti in diverse specie di lieviti, che hanno subìto nel tempo numerosi eventi di duplicazione.

Utilizzando algoritmi di ricostruzione automatizzata delle sequenze, gli studiosi sono riusciti a ricostruire tutte le sequenze ancestrali degli enzimi fino ad arrivare all'enzima ancestrale, risalente a 100 milioni di anni fa, che diede origine a tutti gli altri per duplicazione del gene corrispondente. L'analisi ha rivelato che esso era attivo sul maltosio, un disaccaride presente nei semi in fase di germinazione come per esempio nell’orzo, e marginalmente su uno zucchero simile, l'isomaltosio.

L'analisi ha rivelato che lo sfruttamento dei due zuccheri come fonte di energia non poteva essere ottimizzata con un unico enzima. Le successive duplicazioni hanno permesso di produrre via via geni più specializzatifino a ottenere due enzimi pienamente funzionali, la maltasi e la isomaltasi.

L'aspetto più interessante, spiegano ancora i ricercatori, è che l'obiettivo finale dell'attività enzimatica più specifica è stato raggiunto attraverso diversi meccanismi di mutazione del genoma, che concorrono per garantire una migliore sopravvivenza al lievito.



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allegato, Dna_replication.jpeg


DNA replicazione

 

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fonte
http://www.lescienze.it/news/2012/1...

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Riferimento
http://www.plosbiology.org/article/...








 

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