Come i topi hanno trasmesso sistemi immunitari turbo alla loro prole attraverso lo sperma

Le regole dell'eredità sono presumibilmente facili. Il DNA di papà si mescola a quello di mamma per generare una nuova combinazione. Nel tempo, le mutazioni casuali daranno ad alcuni individui una migliore adattabilità all'ambiente. Le mutazioni vengono selezionate attraverso le generazioni e la specie diventa più forte.

Ma cosa succede se quel dogma centrale è solo una parte del quadro?

Un nuovo studio in Immunologia naturale è arruffare le piume in quanto ricontestualizza evoluzione. I topi infettati da una dose non letale di batteri, una volta guariti, possono trasmettere un sistema immunitario potenziato ai loro figli e nipoti, il tutto senza modificare alcuna sequenza di DNA. Il trucco sembra essere i cambiamenti epigenetici, cioè il modo in cui i geni vengono attivati ​​o disattivati, nel loro sperma. In altre parole, rispetto a millenni di evoluzione, c'è un percorso più veloce per far prosperare una specie. Per qualsiasi individuo, è possibile acquisire capacità di sopravvivenza e adattabilità in una sola vita e tali cambiamenti possono essere trasmessi alla prole.

"Volevamo verificare se fosse possibile osservare l'ereditarietà di alcuni tratti alle generazioni successive, diciamo indipendentemente dalla selezione naturale", disse l'autore dello studio Dr. Jorge Dominguez-Andres presso il Radboud University Nijmegen Centre.

"L'esistenza dell'ereditarietà epigenetica è di fondamentale rilevanza biologica, ma la misura in cui si verifica nei mammiferi rimane in gran parte sconosciuta", disse Dott. Paola de Candia dell'IRCCS MultiMedica, Milano, e Giuseppe Matarese del Treg Cell Lab, Dipartimento di Medicina Molecolare e Biotecnologie Mediche dell'Università degli Studi di Napoli, non coinvolti nello studio. "Il loro lavoro è un grande salto concettuale."

Evoluzione sugli steroidi

Il documento è controverso perché si basa sulla teoria originale dell'evoluzione di Darwin.

Conosci questo esempio: le giraffe non hanno il collo lungo perché hanno dovuto allungare il collo per raggiungere le foglie più alte. Piuttosto, alla fine sono state selezionate mutazioni casuali nel DNA che codifica per il collo lungo, soprattutto perché quelle giraffe erano quelle che sopravvivevano e si procreavano.

Eppure studi recenti hanno gettato una chiave inglese nel dogma di vecchia data sul modo in cui le specie si adattano. Alla loro radice c'è l'epigenetica, un meccanismo "sopra" il DNA per regolare il modo in cui i nostri geni sono espressi. È utile pensare al DNA come codice base di basso livello: l'ASCII nei computer. Per eseguire il codice, deve essere tradotto in una lingua superiore: proteine.

Simile a un linguaggio di programmazione, è possibile silenziare il DNA con ulteriori bit di codice. È così che le nostre cellule si sviluppano in organi e parti del corpo molto diversi, come il cuore, i reni e il cervello, anche se hanno lo stesso DNA. Questo livello di controllo è chiamato epigenetica, o "al di sopra della genetica". Uno dei modi più comuni per mettere a tacere il DNA è aggiungere un gruppo chimico a un gene in modo che, come un lucchetto, il gene si "blocchi" mentre cerca di produrre una proteina. Questo mette a tacere il codice genetico senza danneggiare il gene stesso.

Questi marcatori chimici sono disseminati lungo i nostri geni e rappresentano un modo potente per farlo controllare la nostra biologia di base- qualsiasi cosa, dallo stress al cancro, alle malattie autoimmuni o alle lotte psichiatriche. Ma a differenza del DNA, si pensa che le etichette chimiche siano completamente cancellate nell'embrione, risultando in una tabula rasa per la prossima generazione che ricomincia.

Non così tanto. Un adesso famoso studio ha dimostrato che una carestia durante gli inverni del 1944 e del 1945 ha alterato il metabolismo dei bambini che, all'epoca, stavano crescendo i feti. La conseguenza è stata che quei bambini erano più suscettibili all'obesità e al diabete, anche se i loro geni sono rimasti invariati. Studi simili nei topi ha mostrato che la paura e il trauma nei genitori possono essere trasmessi ai cuccioli e ai nipoti, rendendoli più suscettibili, mentre alcuni tipi di abuso di droghe ha aumentato la resilienza dei cuccioli contro la dipendenza.

Per farla breve? L'ereditarietà del DNA non è l'unico gioco in città.

Immunità potenziata

Il nuovo studio gioca su un'idea simile: che le esperienze di un individuo nella vita possono cambiare la composizione epigenetica della sua prole. Qui, gli autori si sono concentrati sull'"immunità allenata", la parte del sistema immunitario che abbiamo alla nascita, ma è in grado di apprendere e "ricordare" le infezioni precedenti per combattere meglio il round successivo.

Il team ha prima esposto topi adulti a elementi infettivi come funghi o particelle di lievito per simulare un'infezione. Una volta recuperati, i topi sono stati accoppiati con topi sani, dando vita a cuccioli dall'aspetto normale.

Ma avevano tutti un superpotere. Quando viene sfidato con potenziali agenti patogeni, diciamo, i batteri E. Coli— hanno mostrato una reazione immunitaria molto più forte rispetto ai topi con genitori non infetti. I corpi dei cuccioli sono stati in grado di reclutare meglio le cellule immunitarie nei siti di infezione e hanno anche innescato una risposta immunitaria più feroce contro gli aggressori batterici, anche se era il loro primo incontro con questi agenti patogeni.

Ancora più impressionante, questa superimmunità è continuata per la generazione successiva. Anche i nipoti dei topi originariamente infetti avevano livelli di batteri più bassi nel loro sistema dopo aver frugato in un ambiente ricco di batteri. Tuttavia, la protezione si assottigliò nella terza generazione, i pronipoti, suggerendo che tutto ciò che veniva trasmesso aveva una data di scadenza.

Una nuova melodia epigenetica

In che modo l'immunità addestrata può essere trasmessa alla prole?

Il primo grattacapo è stato che in superficie i globuli bianchi e gli altri "aggressori" non sembravano diversi tra topi resistenti alle malattie e topi normali. Ma quando il team ha esaminato la fonte delle cellule immunitarie, il midollo osseo, il loro panorama epigenetico ha dipinto un quadro notevolmente cambiato.

I topi nati da genitori o nonni precedentemente infetti avevano un paesaggio epigenetico più "aperto". Cioè, molti dei loro geni che aiutano le cellule immunitarie a svilupparsi e ad attivarsi erano più facilmente accessibili, consentendo loro di attivarsi rapidamente nei momenti di bisogno. Un tipo di soldato immunitario è stato particolarmente preparato per l'azione in questi topi, con un metabolismo potenziato e una reattività alle minacce.

Ma come possono questi cambiamenti essere trasmessi alla generazione successiva quando i genitori non hanno mai subito direttamente un'infezione?

Una risposta sembra essere lo sperma alterato. Osservando il panorama epigenetico, il team ha trovato una "impronta digitale" che ha innescato meglio i globuli bianchi per proteggere i cuccioli da qualsiasi batterio. Lo sperma fortificato non è l'unica risposta; Anche i topi nati da madri precedentemente infette avevano un'immunità potenziata dal turbo, ma il modo in cui funziona rimane un mistero. Anche il modo in cui i cambiamenti nell'epigenetica delle cellule immunitarie vengono telegrafati alle cellule riproduttive è un'ipotesi di nessuno, sebbene le biomolecole alla deriva chiamate piccolo RNA interferente possano essere il messaggero.

Linea di fondo? L'eredità epigenetica "morbida" è più diffusa di quanto pensassimo. Mentre il lavoro è nei topi, uno studio precedente ha dimostrato che i figli di genitori a cui era stato somministrato il vaccino BCG avevano una sopravvivenza nella prima infanzia sostanzialmente più elevata. Come i topi, possiamo anche ereditare l'immunità dei nostri genitori e trasmetterla ai nostri figli.

Ma non sono tutti unicorni e arcobaleni. Forti risposte infiammatorie, sebbene efficaci nel combattere gli invasori batterici, possono anche innescare aterosclerosi, malattie cardiache e dei vasi sanguigni e persino invecchiamento accelerato. La domanda a cui il team cerca di rispondere è: la superimmunità ereditaria comporta aspetti negativi inaspettati?

Per ora, i risultati si basano su precedenti osservazioni secondo cui il DNA non è la fine quando si tratta di ereditarietà. “Sono davvero curioso di vedere come la comunità scientifica vede questo documento. Sono sicuro che ci saranno delle critiche”, ha detto Dominguez-Andres.

Immagine di credito: Gerd Altmann da Pixabay

Fonte: https://singularityhub.com/2021/11/02/how-mice-transmitted-turbocharged-immune-systems-to-their-offspring-through-sperm/