La melma è ovunque. Modella la consistenza dei tuoi fluidi corporei, dalla saliva in bocca alla sostanza appiccicosa che copre i tuoi organi. Ti protegge dagli agenti patogeni, incluso il coronavirus, mentre crea una casa nella tua bocca per miliardi di batteri amici. Aiuta le lumache a fare sesso Spiderman appeso ai muri, le hagfish trasformano l'acqua in una sostanza appiccicosa in rapida espansione, le lamprede filtrano il loro cibo e i rondoni costruiscono nidi.

Ma mentre la melma è essenziale per tutte le forme di vita complessa, le sue origini evolutive sono rimaste oscure.

Sono un genetista evoluzionista che studia come si evolvono gli esseri umani e i loro genomi. Insieme ai miei colleghi, incluso il mio collaboratore di lunga data Stefan Ruhl e il mio studente Petar Pajic, abbiamo affrontato questo enigma evolutivo nel nostro articolo pubblicato di recente. Abbiamo iniziato esaminando come viene prodotta la melma salivare in diverse specie. Quello che abbiamo scoperto è che la melma apre una finestra sul ruolo che il DNA ripetitivo gioca nei misteri dell'evoluzione.

Cosa sono le mucine?

La melma è composta da proteine ​​chiamate mucine, che sono recipienti per le molecole di zucchero. Questi zuccheri sono i principali maestri nel rendere le cose viscide.

A differenza di altre proteine, che in genere hanno forme 3D complesse, le mucine spesso assumono la forma di bastoncini lunghi e rigidi. Le molecole di zucchero sono attaccate lungo la lunghezza delle aste, creando strutture complesse simili a pennelli.

Questa collaborazione tra gli elementi costitutivi delle proteine ​​e gli zuccheri ad essi legati, ripetuta più e più volte, è essenziale per le proprietà delle mucine. Queste strutture possono aderire ad altre mucine e microbi, modificando le proprietà fisiche dei fluidi che le circondano in una sostanza viscosa e viscosa.

L'evoluzione della melma

Nonostante le notevoli proprietà delle mucine e il loro ruolo essenziale in biologia, il modo in cui si sono evolute è sfuggito agli scienziati.

Per iniziare a capire le origini evolutive delle mucine, io e i miei colleghi abbiamo iniziato a cercare antenati genetici comuni per le mucine in 49 specie di mammiferi. Dopotutto, l'evoluzione spesso armeggia, ma raramente inventa. Il modo più semplice per far evolvere un nuovo gene è copiare e incollare uno esistente e apportare piccole modifiche alla nuova copia per adattarla alle circostanze ambientali. Le possibilità che una specie inventi autonomamente una mucina complessa da zero sono astronomicamente ridotte. Il nostro team di ricerca era sicuro che copiare e incollare i geni della mucina esistenti che poi si adattano alle esigenze di una particolare specie fosse il principale motore dell'evoluzione della mucina.

Ma le nostre ipotesi iniziali si sono rivelate incomplete. Copiare e incollare i geni della mucina in un genoma dovrebbe portare a geni figli che hanno somiglianze tra loro. Anche se alcune mucine soddisfacevano i nostri criteri, uno studio precedente ha esaminato tutti i geni noti che codificano per le mucine nelle persone e ha trovato un certo numero di mucine "orfane" che non appartengono a nessuna famiglia genetica. Esistono da sole nel vasto panorama del genoma umano.

Ci siamo quindi concentrati sulla ricerca di tali geni orfani nei genomi di dozzine di specie nei database genetici. Abbiamo trovato 15 casi di nuovi geni della mucina che si sono evoluti in diversi mammiferi, privi di qualsiasi connessione con i geni noti della mucina.

Ulteriori indagini, tuttavia, hanno rivelato che dopotutto questi geni della mucina hanno dei parenti. Condividono l'ascendenza con altre proteine ​​​​a forma di bastoncino ricche di aminoacido prolina, che si trova comunemente nella saliva. Queste proteine ​​ricche di prolina, tuttavia, non hanno le principali strutture proteiche ripetitive che aiutano le mucine a legarsi alle molecole di zucchero.

Abbiamo ipotizzato che queste proteine ​​ricche di prolina potessero subire la "mucinizzazione" aggiungendo ripetutamente proteine ​​che si legano a molecole di zucchero, dette glicoproteine. Per testare questo, abbiamo confrontato le sequenze di geni che codificano per mucine e geni che codificano per proteine ​​ricche di prolina in diversi mammiferi, comprese le persone. Abbiamo scoperto che le sequenze erano molto simili. L'unica differenza era la presenza di segmenti ripetuti di glicoproteine ​​nelle mucine. Ciò significava che alcune proteine ​​potevano essere trasformate in mucine semplicemente aggiungendo copie di questi segmenti ripetuti.

DNA ripetitivo ed evoluzione

Le nostre scoperte rivelano la diversità delle mucine in un intero tipo di creature, aprendo una visuale sul viscido parco giochi dell'evoluzione dell'adattamento.

I ricercatori spesso ignorano le sequenze genetiche ripetitive perché raramente si trovano all'interno dei geni che codificano per le proteine ​​che svolgono molte funzioni biologiche nelle cellule. Ma nel caso delle mucine, creare sequenze ripetute da zero risulta essere un motore importante per la loro evoluzione. Il nostro precedente lavoro sui primati suggerisce che il numero di segmenti ripetuti che legano lo zucchero presenti in una data mucina potrebbe essere il fattore che determina le sue differenze rispetto agli altri.

È possibile che l'aggiunta di sequenze genetiche ripetitive possa anche modellare discretamente anche altre funzioni nel genoma. In effetti, tali ripetizioni in tandem sono un tipo comune di mutazione nel genoma umano e studi recenti suggeriscono il loro ruolo sconosciuto nella variazione biologica tra le persone.

Mucine e salute umana

Capire come funzionano le mucine aiuterà anche i ricercatori a comprendere meglio una serie di malattie.

Quando le mucine non funzionano correttamente, possono portare a malattie. Le persone con un gene CFTR malfunzionante sviluppano la fibrosi cistica, in cui i loro corpi non sono in grado di eliminare il muco dai polmoni e rendono difficile la respirazione. Il malfunzionamento della regolazione della mucina è anche legato allo sviluppo del cancro.

Anche se potrebbe non essere ovvio, probabilmente hai una connessione personale con i mucin. Due anni fa, ho visitato mia madre dopo la sua diagnosi di cancro. La pioggia era appena finita e le strade di Istanbul diventano un vivace villaggio di lumache di dimensioni inquietanti. Durante una breve passeggiata con mia madre, ho raccolto una di quelle lumache affascinata, con suo grande orrore.

Non ho avuto il coraggio di dirle che il meccanismo biologico che permette a queste fantastiche creature di muoversi era lo stesso che aiutava il tumore nei suoi polmoni a crescere. Mi ha ricordato le parole dello scienziato Michael Faraday:"Non importa cosa guardi, se lo guardi abbastanza da vicino, sei coinvolto nell'intero universo". + Esplora ulteriormente

L'evoluzione del muco:come abbiamo ottenuto tutta questa melma?

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.