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La selezione del più adatto misurata nei batteri

Gli scienziati hanno misurato per la prima volta le pressioni selettive che agiscono sul genoma di batteri, decretando quali individui sono più adatti alla sopravvivenza.
In una competizione sportiva, la differenza tra vincitori e perdenti può risiedere in un centesimo di punto percentuale. E nella selezione naturale? Come vengono assegnate le medaglie della lotta per la sopravvivenza? Per la prima volta, due ricercatori dell’Università di Uppsala hanno provato a misurare le minuscole forze selettive che plasmano il genoma dei batteri, rendendoli più competitivi. Il loro studio è stato pubblicato su PLOS Genetics.  

La fitness dei ghepardi

La sopravvivenza del più adatto è uno dei concetti cardine della teoria dell’evoluzione di Darwin (anche se l'espressione fu coniata da Herbert Spencer e comparve solo nella sesta edizione de L'Origine delle specie). Generazione dopo generazione, gli individui meglio adattati al proprio ambiente si riproducono con maggior successo (si dice che hanno una fitness più alta) e tramandano i propri geni vincenti alla discendenza. Per spiegarlo in modo semplice si ricorre spesso all’esempio del ghepardo, che l’evoluzione ha meravigliosamente plasmato per la corsa.
 Il ghepardo è l'animale terrestre più veloce, con un record cronometrato di 115,2 km/h (immagine: Wikimedia Commons)
I ghepardi che corrono abbastanza veloci possono procurare cibo a sufficienza per tutti i loro cuccioli, quelli più lenti ne otterranno di meno, e meno cuccioli riusciranno a sopravvivere. Nel corso del tempo, l’evoluzione premierà i velocisti migliori, mentre gli altri saranno penalizzati. Ma cosa significa, per un ghepardo, essere “abbastanza veloce”? E quale differenza individuale nelle prestazioni fa scattare l’azione selettiva?  

La fitness della salmonella

Per rispondere a queste domande, i ricercatori si sono concentrati sui batteri del genere Salmonella, che causano infezioni negli esseri umani e altri animali. Pur essendo molto diversi da un ghepardo, devono risolvere problemi simili, nel senso che competono fra loro per accaparrarsi il cibo. In questo caso, la selezione naturale premia gli individui della colonia che crescono più rapidamente.
La Salmonella è un bacillo Gram-negativo responsabile di infezioni a trasmissione oro-fecale nell'uomo e in altri animali (immagine: Wikimedia Commons)
La velocità di crescita è determinata dalla velocità di traduzione, il processo comune a tutti gli organismi in cui il codice genetico viene letto in triplette di nucleotidi (codoni) e convertito in sequenze di amminoacidi, che poi sono assemblati nelle proteine. Il codice è ridondante, cioè diversi condoni (fino a sei) codificano per lo stesso amminoacido. I ricercatori si sono chiesti se l’utilizzo di un particolare codone avesse rilevanza per la sintesi di EF-Tu (fattore di allungamento termo instabile), una delle proteine più importanti di Salmonella.  

C'è codone e codone

Effettivamente, cambiando nel gene anche solo un singolo codone di quelli solitamente utilizzati dal batterio, si riduceva sensibilmente la sua fitness. Di quanto? In media, secondo i calcoli dei ricercatori, dello 0,01 per cento a ogni generazione. Questo piccolo cambiamento della fitness è abbastanza grande per l'evoluzione, che riesce a individuare, tra sequenze alternative di DNA, quella più idonea a una rapida sintesi proteica. Questo fenomeno è conosciuto come codon usage bias o bias nell’utilizzo di un codone, ovvero l’uso prevalente di particolari codoni per sintetizzare proteine ​​altamente espresse. I bias si trovano in quasi tutti gli organismi in rapida crescita, tra cui batteri e lieviti che causano infezioni nell’uomo. Per nostra sfortuna (e loro fortuna), l’evoluzione ha plasmato i loro macchinari di traduzione per farli crescere nel modo più rapido ed efficace possibile.   Immagine banner in evidenza: Public domain image.com Immagine box in homepage: Wikimedia commons
ghepardo
salmonella
salmonella_box
Gram negative bacilli or rod shaped salmonella sp bacteria

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