Quasi la metà del genoma umano è composta da parassiti genetici:trasposoni, plasmidi, virus, e altri elementi genetici che hanno una cosa in comune:non apportano alcun contributo benefico ai loro ospiti, e a volte può avere effetti dannosi. I parassiti genetici, a volte chiamati "geni egoisti", hanno avuto origine all'inizio della storia della vita e oggi sono presenti in quasi tutti gli organismi viventi.

La scoperta che i parassiti genetici sono così ubiquitari e abbondanti è una delle tante scoperte sorprendenti nel campo della genomica, ma molte domande rimangono senza risposta. Una delle domande più basilari è semplicemente come i parassiti genetici siano riusciti a persistere così a lungo, nonostante l'evidenza che sono dannosi su scale temporali evolutive. Tipicamente, la selezione naturale porta alla delezione di geni dannosi, quindi la domanda principale è perché la selezione naturale non ha spazzato via i parassiti genetici?

In un nuovo studio pubblicato su EPL , i ricercatori Jaime Iranzo e Eugene V. Koonin del National Institutes of Health di Bethesda, Maryland, hanno scoperto che il trasferimento genico orizzontale può essere una delle chiavi per comprendere la persistenza e la diffusione dei parassiti genetici su scale temporali evolutive.

Nel trasferimento genico orizzontale (HGT), l'informazione genetica viene trasferita a un organismo mediante una varietà di meccanismi diversi dal tradizionale processo di trasferimento del DNA da genitore a figlio. Per esempio, un organismo può ricevere materiale genetico direttamente da un altro organismo, anche di una specie diversa, o raccogliere materiale genetico dall'ambiente circostante. Per i parassiti genetici, HGT offre un modo per infettare nuovi host, fornendo un potenziale meccanismo per compensare le perdite dovute alla selezione naturale.

I primi studi hanno dimostrato, però, che è improbabile che l'HGT da solo possa consentire ai parassiti genetici di persistere per lunghi periodi di tempo, assumendo tassi HGT tipici. Ricerche successive hanno suggerito che fluttuazioni casuali nei tassi di HGT potrebbero consentire la persistenza di alcuni parassiti genetici.

Ora nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato grandi quantità di dati sulla diffusione di parassiti genetici nelle popolazioni microbiche, e lo ha utilizzato per stimare i tassi di trasferimento HGT minimi richiesti per la sopravvivenza a lungo termine dei parassiti genetici. L'analisi prevedeva l'utilizzo di modelli matematici e genomica comparativa per quantificare gli effetti di vari fattori sulla diffusione e sulla persistenza dei parassiti genetici.

I ricercatori hanno scoperto che, sebbene il tasso critico di HGT dipenda dalla forza della selezione naturale e dal tasso di delezione genica, i tassi tipici di HGT dei parassiti genetici sono generalmente abbastanza alti da garantire la loro sopravvivenza a lungo termine. I risultati forniscono la prova che i parassiti genetici possono utilizzare HGT per superare la selezione naturale e persistere nei genomi dei loro ospiti per miliardi di anni. I loro risultati aiutano anche a spiegare perché diversi tipi di parassiti genetici utilizzano strategie diverse.

"Quantificando il costo dei parassiti genetici e il tasso minimo di HGT che i parassiti richiedono per persistere, abbiamo acquisito una comprensione fondamentale del perché i geni egoisti differiscono nelle loro strategie parassitarie, "Ha detto Iranzo Phys.org . "Per esempio, parassiti genetici che sono molto deleteri necessitano di tassi di HGT molto alti, che può essere ottenuto solo evolvendo meccanismi autonomi per HGT (il caso di virus e plasmidi coniugativi) o facendo affidamento su un altro parassita autonomo per HGT (il caso dei moduli tossina-antitossina). parassiti genetici lievi, come trasposoni, avere più opzioni, come i meccanismi in evoluzione che consentono loro di proliferare all'interno dei loro genomi ospiti".

Sebbene i parassiti genetici non forniscano alcun beneficio funzionale ai loro ospiti, la competizione tra i primi organismi viventi ei parassiti genetici potrebbe aver giocato un ruolo vitale in alcuni dei principali eventi evolutivi nella storia degli organismi viventi. Per esempio, questa competizione potrebbe essere stata una delle forze trainanti della compartimentazione cellulare nonché l'origine delle forme di vita multicellulari, e potrebbe anche aver reso gli organismi viventi più resistenti ad altre invasioni di parassiti. Comprendere la persistenza dei parassiti genetici ha implicazioni per la comprensione di questi eventi, così come per aiutare a rispondere ad altre domande.

"Una naturale estensione del nostro lavoro è studiare le interazioni tra le diverse classi di parassiti genetici, "Ha detto Iranzo. "In che modo la presenza di un parassita genetico influisce sulla sopravvivenza a lungo (ea breve) termine di altri parassiti genetici? Quali fattori ecologici ed evolutivi promuovono la cooperazione e/o la competizione tra parassiti genetici? Un secondo obiettivo sarebbe catturare le dinamiche transitorie osservate alla scala di più popolazioni e specie, dove i parassiti genetici sembrano proliferare in alcune specie e diminuire in altre."

© 2018 Phys.org