Un colpo di CRISPR e la formica diventa egoista

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Nei film horror degli anni ’50 gli insetti mutanti erano un incubo. Ora sono un sogno che diventa realtà, almeno per chi studia le basi molecolari dei comportamenti sociali. Due gruppi di ricerca sono riusciti a modificare il DNA delle formiche, mettendo fuori uso il sistema olfattivo che è alla base delle complesse interazioni tra individui all’interno delle colonie. I loro lavori, pubblicati su Cell in agosto, segnano l’inizio di una nuova avventura scientifica: grazie all’aiuto della tecnica più in voga per la correzione dei genomi (CRISPR), le formiche si candidano a diventare l’organismo modello degli studi sulla socialità nell’era post-genomica.

La percezione dei feromoni, che sono il principale mezzo di comunicazione per questi insetti, è controllata da molti geni, ma l’intera famiglia genica può essere disattivata mettendo fuori uso un solo elemento detto Orco. Entrambi i team hanno diretto le forbici molecolari di CRISPR contro questo bersaglio ma su specie diverse. Danny Reinberg della New York University School of Medicine e i suoi colleghi hanno scelto di lavorare con delle formiche saltatrici indiane, Harpegnathos saltator, in cui tutte le femmine sono potenzialmente fertili, non soltanto la regina. In questa specie anche le umili operaie, che generalmente sono sterili, possono trasformarsi in pseudo-regine e deporre le uova, se opportunamente stimolate. L’altro team, guidato da Daniel Kronauer della Rockefeller University, ha scommesso invece sulle formiche razziatrici Ooceraea biroi, anch’esse di origine asiatica, che si riproducono in modo asessuato, per partenogenesi. In pratica non ci sono regine, e le figlie sono dei cloni naturali delle madri. In tutti e due i casi, le peculiarità riproduttive delle specie prescelte sono servite a facilitare la produzione di formiche mutanti, quasi completamente prive di olfatto, a partire dalle madri geneticamente modificate con CRISPR. Osservandole i ricercatori hanno notato comportamenti bizzarri, e in definitiva asociali, come abbandonare il gruppo, trascurare la prole, tralasciare rituali e compiti utili al benessere della collettività. I due lavori possono essere considerati complementari, ci ha detto Reinberg, e i risultati ottenuti suggeriscono meccanismi comuni a tutte le specie di formiche, e addirittura a tutti gli insetti sociali.

A rendere possibile questo exploit è stata l’invenzione di CRISPR nel 2012, ci conferma il genetista americano che inseguiva l’idea delle formiche saltatrici mutanti da circa dieci anni. “E’ particolarmente difficile modificare geneticamente questa specie, ogni passo avanti che facevamo ci poneva davanti a nuovi ostacoli. Il ciclo riproduttivo dura 3 mesi, quindi per ottenere un individuo con la mutazione in doppia copia serve almeno un anno. Per arrivare al traguardo finale ci sono volute la passione e la dedizione degli studenti e dei postdoc coinvolti nel progetto”.

Gli specialisti delle api sono ansiosi di replicare questi esperimenti, ma anche con le formiche resta molto lavoro da fare. Esiste una variante modificata di CRISPR che lascia intatta la sequenza delle lettere sul DNA, alterandone solo il livello di espressione, grazie alla rimozione o all’aggiunta di alcuni semplici gruppi chimici (marcatori epigenetici). Il bello è che con lo stesso identico genoma una formica può essere una regina, un’operaia o un soldato, perciò basta qualche ritocco superficiale per cambiare radicalmente il suo destino. Le formiche insomma si apprestano a diventare le prossime stelle emergenti della ricerca in epigenetica. Kronauer ora si dedicherà a studiare la suddivisione del lavoro nelle colonie, a livello molecolare. Reinberg invece si sta concentrando sull’invecchiamento. I maschi servono solo a fornire lo sperma e vivono pochissimo, ma il fatto interessante è che anche le femmine hanno aspettative di vita molto diverse tra loro. “Nella specie Harpegnathos saltator le regine vivono in media dieci volte più delle operaie. Di solito riproduzione e longevità funzionano in opposizione, ma nelle formiche invece vanno a braccetto, perciò ne scopriremo delle belle”.

Foto: dopo essere stata trasformata da operaia in pseudo-regina, questa femmina di H. saltator depone un uovo (credit: Comzit Opachaloemphan)

 

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