Lo studio sull’ereditarietà dei tratti mette in discussione la semplicità dei geni che agiscono da soli
Le popolazioni naturali, come i gruppi di animali, di piante o anche di esseri umani, mostrano una sorprendente varietà di tratti, che comprendono le caratteristiche fisiche, il funzionamento del corpo, il comportamento e persino la suscettibilità alle malattie. Uno dei principali obiettivi della biologia è capire quali geni specifici causano queste differenze. Ma la questione è più complessa di quanto sembri. I tratti, infatti, non sono influenzati solo dai geni, ma anche da fattori non genetici come l’ambiente e l’epigenetica (i cambiamenti chimici che influenzano il funzionamento dei geni senza alterare il DNA stesso). Anche quando si concentra esclusivamente sull’aspetto genetico, la ricerca fatica a determinare tutti i fattori genetici alla base di tratti complessi.
Perché i tratti sono difficili da prevedere
Questo problema è noto come «ereditabilità mancante». Studiando le famiglie, gli scienziati possono stimare la quantità di un tratto ereditato, ma quando si cercano le specifiche varianti genetiche responsabili, anche usando strumenti come gli studi di associazione dell'intero genoma su larga scala, riescono a spiegare solo una piccola parte dell’ereditabilità. La ragione risiede nella complessità della genetica. Secondo Joseph Schacherer, coordinatore del progetto PhenomeNal finanziato dall’UE, vengono trascurati molti fattori, come le varianti genetiche rare che, pur non essendo comuni, possono avere un impatto profondo, o le interazioni tra i geni (epistasi), in cui l’effetto di un gene dipende dall’attività di altri. Un altro fattore è legato alle differenze nel modo in cui i geni sono espressi, il che significa che lo stesso gene può comportarsi in modo diverso a seconda dell’individuo. «Abbiamo rivelato che i tratti non sono influenzati solo dai singoli geni, ma sono modellati da interazioni complesse, da varianti rare e dal più ampio contesto genetico», osserva Schacherer. «Anche tratti apparentemente semplici possono variare notevolmente da un individuo all’altro a causa di fattori nascosti come l’epistasi e l’espressività, ovvero la forza con cui un gene viene espresso.» Questi risultati mettono in discussione l’idea tradizionale secondo cui i tratti seguono regole genetiche prevedibili, e aiutano a spiegare perché molti tratti negli esseri umani e in altri organismi sono difficili da descrivere o prevedere.
Il lievito di Baker aiuta a decodificare la complessità genetica
Per il loro studio, i ricercatori si sono concentrati sul Saccharomyces cerevisiae, il comune lievito di birra. Il suo genoma semplice, a crescita rapida e facile da manipolare, lo rende infatti uno strumento ideale per la ricerca. A differenza degli esseri umani o di altri organismi complessi, il lievito di birra prospera in ambienti strettamente controllati, mentre la sua ampia diversità genetica è racchiusa in migliaia di isolati naturali. Inoltre, condivide processi biologici simili a quelli umani, il che lo rende un sistema prezioso per scoprire principi genetici universali. «Incrociando diversi isolati di lievito e analizzando il modo in cui i loro tratti si trasmettono, abbiamo rivelato come le differenze genetiche, le mutazioni rare e le complesse interazioni geniche influenzino la crescita, la resistenza agli stress e la sopravvivenza», afferma Schacherer. Con strumenti potenti come il sequenziamento del genoma, i robot ad alta velocità e l’editing genico, l’obiettivo era tracciare un quadro completo di come i tratti emergono dalla variazione genetica. «I test funzionali condotti con librerie di alleli e l’editing con CRISPR(si apre in una nuova finestra) hanno mostrato come il patrimonio genetico di un ceppo influisce sull’impatto di geni specifici. Inoltre, la mutagenesi con trasposoni(si apre in una nuova finestra) ha identificato geni essenziali in contesti specifici, offrendo una visione a livello di genoma dell’espressione genica e della stabilità delle vie biologiche», aggiunge Schacherer. Con il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, il lavoro del progetto si sta rivelando fondamentale per il progresso della genetica, migliorando la previsione dei tratti e contribuendo a discipline come la medicina personalizzata e la biologia evolutiva.
