Lenski parte 2

L'ultima volta ci siamo fermati a delle scoperte alquanto interessanti da parte di Lenski et al. sui E.colli. Ma come avevo anticipato il meglio doveva ancora avvenire:

Un bel giorno dopo che erano trascorse 33.127 generazioni, la squadra di Lenski notarono qualcosa di veramente strano. Una delle fiale era diventata opaca. La densità ottica della colonia ara -3 era salita alle stelle. Questo significava che la colonia nella fiala era cresciuta a dismisura. Dopo essersi accertati che non vi era stata alcuna contaminazione scoprirono che e batteri avevano iniziato a cibarsi del citrato oltre al glucosio presente nelle fiale. Ora dovete sapere che E. colli non può cibarsi di citrato in condizioni aerobiche, anzi uno dei tratti fondamentali di questa specie è proprio l'incapacità di farlo.

Il primo passo fu di capire quando i batteri avevano evoluto questa nuova capacità. Quindi analizzarono i batteri ancestrali e scoprirono che prima della 31,000 generazioni non vi era alcuna traccia di questa funzione, ma già a generazione 31,500 circa 0,5% della popolazione aveva evoluto questa capacità. Il numero incremento al 19% con le 1000 generazioni che seguirono fino a diventare completamente dominanti alla 33,000 generazione.

La prima ricerca può essere vista qui:  Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli

Il secondo passo era determinare quali passi genetici furono intrapresi dai batteri per evolversi da consumatori di glucosio a consumatori di citrato. I risultati della loro ricerca furono pubblicati nel seguente studio: Genomicanalysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population

Nel articolo Lenski e colleghi hanno ricostruito la storia evolutiva della funzione Cit+, identificando tre fasi principali nella sua emergenza: potenziamento, attualizzazione e perfezionamento. Per prima cosa, i ricercatori hanno cercato di individuare la mutazione che ha generato il fenotipo Cit+ (attualizzazione): si tratta della duplicazione di un gene codificante per un trasportatore del citrato attivo solo in condizioni anaerobiche. Quindi nuovo materiale genetico è stato creato e inserito nel genoma.

Amplificazione in tandem del gene Cit+

Questa funzione sviluppata al inizio non era particolarmente forte, anzi conferiva un vantaggio di solo 1% rispetto ai cloni che non avevano questa mutazione. Questa debolezza e pero stata rafforzata dal secondo grande passo evolutivo. La fase seguente del perfezionamento aumento l'espressione genetica del gene Cit+ ulteriormente, aumentando fino a 9 volte il numero di copie del gene, non solo si sono sviluppati una miriadi di mutazioni concomitanti legate al miglioramento della funzione polimorfismi a singolo nucleotide quali gltA, responsabile per la sintesi del citrato, aceA che produce isocitrate lyase e dctA responsabile per lo sviluppo di un trasportatore di acidi citrici. In questa fase quindi abbiamo sia un aumento ulteriore di materiale genetico accompagnato da mutazioni di raffinamento della funzione.

Restava quindi solo da capire come l’evoluzione del background genetico avesse reso accessibile questo nuovo tratto cioè che sviluppo l'iniziale fase di potenziamento; i risultati ottenuti sembrano suggerire il coinvolgimento di almeno due precedenti mutazioni e la presenza di interazioni epistatiche. Analisi genomiche dei cloni precedenti evidenziarono una varietà abbastanza ampia di mutazioni diverse con duplicazioni simili ma non uguali a quella futura.

Questa scoperta va a confermare le premesse basi della TdE. Cioè che mutazioni casuali cumulative sono state selezionate dalla selezione naturale alterando cosi il genoma del batterio. Dimostrando la nascita di una nuova funzione, nuove proteine, nuovo modulo genetico e nuovi geni. Ha anche confermato la capacità delle duplicazioni genetiche di generare novità evolutive. 

Ha Lenski visto nel suo laboratorio un passo macro-evolutivo? Siamo d'avanti ad una nuova specie di E.colli? La risposta dovrebbe arrivare a breve.

Una delle critiche fatte, da pagliacci vari, riguarda il fatto che la duplicazione genetica non avvine in forme di vita come i mammiferi ma per motivi che solo loro sanno rimane perforza circoscitto a batteri.
Ovviamente questo non è vero: il seguente è uno dei tanti studi che ha evidenziato l'importanza della duplicazione genetica nei topi e negli umani:

The mouse olfactory receptor gene family

"The clustering of related OR genes emphasizes the importance of local gene duplication and divergence in the evolution of the OR family."