Ricercatori dell'Istituto Europeo di Bioinformatica (EBI) hanno definitivamente cambiato il modo di guardare a 4 miliardi di anni di evoluzione microbica. Christos Ouzounis e colleghi hanno mostrato come le famiglie di geni siano trasferite non solo “verticalmente”, da un organismo alla sua discendenza, ma anche orizzontalmente, attraverso lo scambio di materiale geentico tra organismi relativamente distanti.

Fin dai tempi di Darwin, le relazioni evoluzionarie tra gli organismi sono state rappresentate con un albero, con gli antenati comuni alla base del tronco e le specie evolutesi più recentemente alle estremità delle ramificazioni. I microbiologi hanno sempre avuto qualche problema ad adattare questa rappresentazione al mondo microbico, dove spesso e volentieri avvengono scambi genetici tra specie differenti. E hanno proposto di rappresentare l'evoluzione dei micro-organismi come una rete. Purtroppo, però, nessuno è mai stato in grado di tracciare con precisione le linee orizzontali di questa rete.

Victor Kunin, ex studente nel gruppo di Ouzounis, ha finalmente realizzato, insieme a dei suoi colleghi, una mappa dell'evoluzione microbica, risalendo miliardi di anni indietro al comune antenato universale, incluse le linee orizzontali. “Abbiamo usato diversialberi evoluzionari realizzati da differenti gruppi di ricerca come impalcatura della rete, cercando di evidenziare il trasferimento genetico orizzontale”, ha spiegato Kunin. Nello specifico, hanno usato un metodo bioinformatico chiamato “GeneTrace”, sviluppato in precedenza da Kunin con Ouzounis, che deduce il trasferimento orizzontale dalla presenza di una famiglia genetica in organismi relativamente distanti.

I dati generati da GeneTrace hanno consentito di tracciare l'evoluzione “rampicante”, rappresentando il trasferimento genetico per linee orizzontali, connettendo le branche del micro-albero della vita. In tutto, sono stati osservati più di 600.000 trasferimenti verticali, accompagnati da 90.000 perdite, e, approssimativamente, 40.000 trasferimenti orizzontali. Il che può spiegare come si verificano certe anomalie genetiche nell'ambito della teoria classica dell'evoluzione per discendenza.

Per comprendere a pieno il meccanismo del trasferimento orizzontale a livello microbiologico, il gruppo si è concentrato sul network di rampicanti lungo le ramificazioni. Osservando un comportamento “scale-free”, cioè con una distribuzione di connettività frastagliata ed un piccolo numero di “fulcri” più connessi di altri nodi. Il termine “scale-free” è stato coniato dal fisico Albert-László Barabási e dai suoi colleghi dell'Università di Notre Dame, Indiana, negli Stati Uniti. Nel 1998, dopo aver costruito una mappa delle connessioni della rete Internet, scoprirono inaspettatamente che la rete non aveva una distribuzione uniforme delle connessioni (la cosiddetta “connettività casuale”), ma al contrario che un numero molto limitato di nodi (chiamati “fulcri”) aveva molte più connessioni di altri nodi.

Una proprietà caratteristica di questi tipi di networks è la loro natura micro-comunitaria, in cui le informazioni viaggiano da un nodo all'altro molto velocemente (altri networks di questo tipo sono i networks sociali, internet e le rotte aeree). Caratteristica che consente ai fulcri di servire come banche genetiche batteriche fornendo il medium per acquisire e ridistribire i geni nelle comunità microbiche.

“In questi micro-networks, il percorso più corto tra due nodi è relativamente breve, per cui un gene può essere rapidamente disseminato da un organismo all'altro attraverso linee orizzontali”, ha spiegato Christos Ouzounis. Alcune specie, come i batteri del suolo, appaiono come dei “campioni” del trasferimento orizzontale, “organismi apparentemente harmless in grado invece di sviluppare resistenza antibiotica sotto i nostri piedi”, ha concluso Ouzounis. Tratto da “The Net of Life: Reconstructing the Microbial Phylogenetic Network”, V. Kunin, L. Goldovsky, N. Darzentas, C. A. Ouzounis, Genome Res., 1 July 2005. Questa notizia è stata divulgata dal periodico on line “Space Daily”.

Immagine: micro-tree-of-life (in rosso sono mostrati i trasferimenti orizzontali, in grigio e in verde le ramificazioni. L'antenato comune universale è mostrato in basso come una piccola sfera)

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

European Bioinformatics Institute

genetrace.com