Gli Acoel, vermi marini unici che rigenerano i loro corpi dopo un infortunio, possono formare relazioni simbiotiche con le alghe fotosintetiche che vivono al loro interno. Questi insiemi di organismi simbiotici sono chiamati olobionti e il modo in cui "parlano" tra loro è qualcosa che gli scienziati stanno cercando di capire, soprattutto quando le specie in questione sono animali e microbi alimentati dal sole.

Bo Wang, assistente professore di bioingegneria presso la Facoltà di Ingegneria e di Medicina di Stanford, ha iniziato a trovare alcune risposte. Il suo laboratorio, in collaborazione con l'Università di San Francisco, studia Convolutriloba longifissura, una specie di acoel che ospita l'alga simbiotica Tetraselmis.

Secondo una nuova ricerca, pubblicata su Nature Communications , i ricercatori hanno scoperto che, quando C. longifissura si rigenera, un fattore genetico che prende parte alla rigenerazione dell'acele controlla anche il modo in cui reagiscono le alghe al loro interno.

"Non sappiamo ancora come queste specie comunichino tra loro o quali siano i messaggeri. Ma questo dimostra che le loro reti genetiche sono collegate", ha detto Wang, autore senior dello studio.

Vermi spaccati

Poiché holobiont è un concetto relativamente nuovo, gli scienziati non sono ancora sicuri di quale sia la natura di alcune relazioni. Lo strano nome "acoel" in greco significa "senza intestino", poiché i vermi non hanno stomaco di cui parlare. Invece, tutto ciò che mangiano va direttamente nei loro tessuti interni, che è anche il luogo in cui galleggiano le alghe, fotosintetizzando all'interno dei loro corpi. Questa relazione fornisce una zona sicura per le alghe e un'energia extra dalla fotosintesi all'acele.

"Non c'era alcuna garanzia che ci fosse comunicazione perché le alghe non si trovano all'interno delle cellule dell'acoel, ma fluttuano attorno ad esse", afferma James Sikes, ricercatore dell'Università di San Francisco e co-autore senior dell'articolo. Sikes lavora con gli acoel da circa 20 anni e la loro relazione simbiotica li differenzia da altri animali che si rigenerano, come i platelminti planari e gli axolotl.

Quando questi aeli si riproducono asessualmente, prima si bisecano. Alla regione della testa cresce una coda e diventa un nuovo acele. La coda, tuttavia, si comporta come l'Idra mitologica e fa crescere due nuove teste, che poi si dividono in due animali separati.

La rigenerazione animale richiede la comunicazione tra molti tipi cellulari diversi, ma in questo caso può coinvolgere anche completamente un altro organismo.

I ricercatori erano curiosi di sapere come le colonie di alghe all'interno reagivano a questo processo, in particolare se continuavano a fotosintetizzare normalmente e, in caso contrario, cosa lo controllava? Ciò è stato particolarmente sconcertante poiché il team ha scoperto che la fotosintesi non era necessaria per la rigenerazione degli acele:potevano farlo al buio. Ma è necessario un dialogo tra le specie per la loro sopravvivenza a lungo termine.

"Testare se la fotosintesi fosse influenzata è stata un'avventura. Nessuno di noi sapeva cosa stavamo facendo", afferma Dania Nanes Sarfati, autrice principale dell'articolo, che era una studentessa di dottorato nel laboratorio di Wang e Stanford Bio-X Bowes Fellow. "Una delle cose più entusiasmanti è stata la possibilità di misurare effettivamente la fotosintesi delle alghe che avviene all'interno dell'animale."

Inoltre, attraverso il sequenziamento, il team è stato in grado di differenziare i geni delle due specie e di capire quali percorsi rispondevano alla lesione. Queste misurazioni li hanno aiutati a capire che le alghe all'interno stavano subendo un'importante ricostruzione del loro apparato fotosintetico durante la rigenerazione, ma il processo attraverso il quale veniva controllato era scioccante.

Il ruolo del 'runt'

Quando i risultati sono arrivati, Wang ha detto che è successo l’imprevedibile. Durante la rigenerazione, sia la ricrescita dell'acele che la fotosintesi delle alghe sembravano essere controllate da un fattore di trascrizione comune negli acele chiamato "runt".

Nella fase iniziale, subito dopo l'infortunio, si attiva il "runt", dando il via al processo di rigenerazione. Nel frattempo, la fotosintesi algale diminuisce, ma si verifica una sovraregolazione nei geni algali associati alla fotosintesi, probabilmente per compensare la perdita di fotosintesi dovuta alla scissione. Tuttavia, quando i ricercatori hanno abbattuto il "runt", questo ha bloccato sia la rigenerazione che la risposta delle alghe.

La particolarità del runt è che è altamente conservato, il che significa che lo stesso fattore è responsabile della rigenerazione in molti organismi diversi, compresi gli aceli non simbiotici. Ma ora è chiaro che invece di controllare solo il processo rigenerativo dell'acoel, controlla anche la comunicazione con un'altra specie.

Come comunicano gli olobionti

Comprendere come i partner nelle relazioni simbiotiche comunicano a livello molecolare apre molte nuove domande per questo campo di ricerca. "Esistono regole di simbiosi? Esistono?" ha detto Nanes Sarfati. "Questa ricerca suscita questo tipo di domande, che possiamo collegare ad altri organismi."

Wang ritiene che introduca ulteriori modi per indagare su come le specie simbiotiche interagiscono e si accoppiano tra loro per formare olobionti. Alcune di queste interazioni potrebbero essere potenzialmente guidate da sostanze chimiche, proteine ​​o fattori ambientali. Ma, cosa ancor più preoccupante, queste interazioni stanno diventando punti vulnerabili sotto la sfida del cambiamento climatico, causando la separazione dei partner simbiotici.

Sikes ha sottolineato che lui, Wang e Nanes Sarfati hanno iniziato tutti dal lato animale della relazione simbiotica, ma si sono resi conto che anche le alghe rispondono alle lesioni dell'ospite, suscitando potenzialmente domande simili in altri sistemi.

"Spesso diamo per scontato di sapere molto, ma siamo umiliati quando guardiamo specie diverse", ha detto Wang. "Possono fare cose in modi del tutto inaspettati, il che evidenzia la necessità di studiare più organismi e sta diventando possibile grazie alla tecnologia."