Dal genoma dello squalo della Groenlandia i segreti della longevità

Lo squalo della Groenlandia (Somniosus microcephalus), un elusivo abitante delle profondità dell’Atlantico settentrionale e dell’Oceano Artico, è il vertebrato più longevo al mondo, con una durata di vita stimata di circa 400 anni: un team internazionale di studiosi ne ha mappato per la prima volta il genoma, facendo così luce sui meccanismi molecolari associati alla longevità di questa straordinaria specie.

La ricerca, pubblicata come preprint su BioRxiv, ha coinvolto istituzioni tedesche – il Fritz Lipmann Institute on Aging (FLI) di Jena e la Ruhr University di Bochum- danesi -l’Università di Copenhagen- e, per l’Italia, l’Istituto di biofisica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ibf) e la Scuola Normale Superiore di Pisa, oltre ad altre istituzioni. Il team ritiene che tale studio sia un primo passo essenziale per comprendere come evolve la longevità in molti altri organismi: “Il nostro progetto sul genoma fornisce una base per molti studi indipendenti che ci aiuteranno a comprendere meglio l’evoluzione di questa straordinaria specie”, afferma Paolo Domenici del Cnr-Ibf di Pisa. “Questo è uno dei motivi per cui abbiamo deciso di rendere il genoma immediatamente disponibile alla comunità scientifica“, prosegue Alessandro Cellerino, neurobiologo presso il FLI e la Scuola Normale Superiore (SNS) di Pisa, che aggiunge: “Esplorare le basi genetiche dell’enorme diversità della durata della vita nelle varie specie offre una prospettiva completamente nuova per indagare i meccanismi che consentono una longevità eccezionale”.
Solo pochi animali complessi possono vivere più a lungo degli esseri umani: un esempio notevole sono le tartarughe giganti, come Jonathan, un esemplare di 191 anni attualmente residente a Sant’Elena. Tuttavia, questo record impallidisce rispetto allo squalo della Groenlandia.

Aggiunge Paolo Domenici (Cnr-Ibf): “Si tratta di una specie ancora piuttosto misteriosa, poiché vive in acque profonde. Per questo le uniche osservazioni del suo comportamento naturale che abbiamo sono da video effettuati in profondità, che mostrano quanto sia lento nei suoi movimenti, una caratteristica in linea con la sua longevità.  Sappiamo anche che si ciba di foche, e non è ancora chiaro come un animale così lento le possa catturare: ecco un altro mistero che ancora avvolge la specie”. “Questo lavoro ci aiuterà a capire le basi delle caratteristiche fisiologiche estreme di questa specie”, ha, inoltre, commentato John Fleng Steffensen dell’Università di Copenhagen.

Il sequenziamento dell’intero genoma è stata un’operazione particolarmente complessa: con 6,5 miliardi di coppie di basi, infatti, il codice genetico dello squalo della Groenlandia è lungo il doppio di quello di un essere umano ed è il più grande tra le sequenze del genoma degli squali ad oggi conosciute. Inoltre, oltre il 70% di tale genoma comprende elementi ripetitivi e spesso autoreplicanti, detti anche “egoisti” perché non portano informazione e possono distruggere l’integrità di geni essenziali e ridurre la stabilità complessiva del genoma. Nel caso dello squalo della Groenlandia, tuttavia, l’elevato contenuto di ripetizioni non sembra limitare la sua durata di vita: al contrario, i ricercatori ritengono che l’espansione di tali elementi possa addirittura contribuire alla longevità di questa specie. Talvolta, infatti, nel processo di replicazione essi possono “sequestrare” di geni funzionalmente più rilevanti che vengono copiati anch’essi: un meccanismo che potrebbe spiegare l’evoluzione di questa specie in particolare. Sorprendentemente, molti geni duplicati sono coinvolti nella “riparazione” dei danni al DNA: in questo meccanismo potrebbe risiedere un’ulteriore chiave per spiegarne la longevità. In ciascuna delle nostre cellule, infatti, il DNA subisce “danni” migliaia di volte al giorno, e meccanismi molecolari specializzati lo riparano costantemente. Studi genomici comparativi hanno rivelato come le specie di mammiferi particolarmente longevi siano anche eccezionalmente efficienti nel riparare il loro DNA: secondo il team, pertanto, i risultati ottenuti indicano come la riparazione del DNA potrebbe rappresentare un meccanismo generale alla base dell’evoluzione della longevità.

E’ stata, inoltre, individuata un’alterazione specifica nella proteina p53, nota anche come “guardiana del genoma“, che agisce come uno snodo fondamentale che coordina la risposta ai danni al DNA negli esseri umani e in molte altre specie. “Questa proteina è mutata in circa la metà di tutti i tumori umani ed è il più importante soppressore tumorale che conosciamo. Pertanto, è un gene essenziale per la longevità“, afferma Steve Hoffmann, biologo computazionale del Fritz Lipmann Institute on Aging. “Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per dimostrare in che misura i cambiamenti della sequenza aminoacidica osservati nei geni critici favoriscano la loro funzione protettiva contribuendo all’eccezionale longevità di questi affascinanti animali“.

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Nuova Caledonia, piccola felce batte il record del genoma più grande del mondo

Una piccola felce che cresce solo in Nuova Caledonia, nel Pacifico meridionale, ha conquistato venerdì il Guinness World Record per il genoma più grande di qualsiasi organismo vivente sulla Terra.

La felce della Nuova Caledonia, Tmesipteris oblanceolata, ha nelle sue cellule una quantità di Dna cinquanta volte superiore a quella degli esseri umani. Una volta srotolata, questa struttura elicoidale si estende per 106 metri.

Il genoma contiene un insieme di coppie di nucleotidi, o basi, che riuniscono il materiale genetico di un organismo. Il genoma della felce contiene 160 Gbp (miliardi di basi), il 7% in più del precedente record detenuto dalla pianta giapponese Paris japonica. Il genoma umano è molto indietro, con 3,1 Gbp. “Pensavamo di aver già raggiunto un limite biologico” con la Paris japonica, dice Ilia Leitch, ricercatrice presso il Royal Botanic Gardens Kew della Gran Bretagna e coautrice del nuovo studio. “Siamo agli estremi della biologia”, ha detto, con questa piccola pianta che raggiunge solo un’altezza di cinque-dieci centimetri. Un team è andato a studiarla nell’arcipelago nel 2023 insieme a scienziati locali, prima di pubblicare i risultati sulla rivista iScience. Hanno convinto il Guinness World Records ad assegnare alla felce il “titolo di genoma più grande”.

Gli esseri umani hanno più di 30.000 miliardi di cellule. E in ognuna di esse c’è “un nucleo contenente il Dna, che è come il manuale di istruzioni che spiega a un organismo come vivere e sopravvivere”, spiega Ilia Leitch. Ad oggi, gli scienziati hanno calcolato le dimensioni del genoma di circa 20.000 organismi. In altre parole, non molto. Tra gli animali, il protoptera etiope, una specie di pesce, detiene il record con quasi 130 Gbp.

D’altra parte, se le piante hanno il genoma più grande, alcune ne hanno anche di minuscoli, come la carnivora Genlisea aurea con appena 0,06 Gbp. L’uomo, tuttavia, non dovrebbe avere problemi con il suo modesto Gbp. Secondo Leitch, tutto indica che un genoma troppo grande è uno svantaggio. Più è grande, più grandi sono le cellule che devono contenerlo.

Nel caso della felce, questo significa pori fogliari più grandi, che rallentano la crescita della pianta. Copiare tutto questo Dna è anche più complicato. Questo spiega perché genomi così imponenti si trovano nelle piante perenni a crescita lenta, che si adattano male ai cambiamenti delle condizioni o alla competizione con altre piante.

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