DNA batterico organizzato come tutte le cellule viventi di organismi complessi

La bronchite e la polmonite sono malattie pericolose, ma studiando la struttura genetica dei batteri che le causano, scienziati finanziati dall’UE sono riusciti a capire meglio il modo in cui funzionano i geni. La loro ricerca suggerisce che il DNA è organizzato allo stesso modo in tutti gli organismi viventi, una scoperta che potrebbe costituire la chiave per nuovi vaccini e terapie farmacologiche.

Si è scoperto che il Mycoplasma pneumoniae, uno dei più piccoli batteri conosciuti e causa di innumerevoli infezioni negli esseri umani e negli animali, ha la stessa struttura genetica di tutte le cellule viventi. Questa scoperta, fatta da scienziati finanziati dall’UE presso il Centro per la regolazione genomica (CRG) di Barcellona, mostra che anche in organismi piccoli, i geni sono organizzati in raggruppamenti che si attivano o disattivano insieme, con potenziali implicazioni per nuove medicine e processi industriali.

Usando la microscopia a super-risoluzione e una tecnica conosciuta come Hi-C, gli scienziati, sostenuti da tre progetti finanziati dall’UE, CELLDOCTOR, 4D-GENOME e MYCOSYNVAC, sono riusciti a generare una “mappa” tridimensionale che mostra la disposizione del DNA del mycoplasma. Le loro scoperte, pubblicate sulla rivista “Nature Communications”, provano che i geni sono raggruppati in diversi “domini” anche negli organismi più piccoli e che i geni dello stesso campo tendono ad agire insieme.

“Sospettavamo che il genoma del mycoplasma potesse avere un’organizzazione generalmente simile ad altri batteri, ma siamo rimasti molto sorpresi di scoprire che era organizzato anche in domini,” dice Marie Trussart, autore principale dell’articolo. “Questa ricerca mostra che l’organizzazione e il controllo dei geni non possono essere compresi semplicemente guardando la sequenza lineare del DNA nel genoma.”

“Una grande sfida tecnica”

Il mycoplasma pneumoniae contiene 680 geni, produce appena 20 proteine leganti il DNA e i suoi cromosomi sono cinque volte più piccoli di quelli di batteri più grandi come l’E.coli. A differenza della maggior parte dei batteri inoltre, non ha una parete cellulare, il che lo rende facile da coltivare e da manipolare geneticamente.

A causa delle sue dimensioni però, il progetto è stato una “grande sfida tecnica”, ha detto Trussart, e sono stati necessari cinque anni per completarlo. Grazie però alle competenze sul mycoplasma e sulla genomica strutturale del CRG, i ricercatori coordinati dal professor Luis Serrano hanno potuto usare la tecnica Hi-C, che permette di vedere le interazioni tra diversi pezzi del DNA, per studiare schemi di organizzazione più dettagliati nel piccolissimo batterio.

Struttura universale

Quello che hanno scoperto è che il cromosoma del mycoplasma è organizzato in 44 domini di interazione dei cromosomi (chromosome interactive domain o CID), regioni simili a quelle trovate in cellule più complesse. I geni all’interno dei CID tendono a essere co-regolate, il che suggerisce che l’organizzazione del cromosoma influenza la trascrizione dei geni. Gli scienziati hanno anche scoperto che il modo in cui i batteri usano il superavvolgimento per avvolgere nei loro cromosomi potrebbe avere un ruolo nella regolazione dei domini.

Queste scoperte, insieme ai risultati di studi precedenti su batteri più grandi, mostrano che l’organizzazione del cromosoma nelle cellule non è casuale, è un fenomeno comune di tutte le forme di vita. I cromosomi sono organizzati in modo funzionale e dinamico, l’unica differenza è che sono contenuti nel nucleo nel caso degli eucarioti e nella cellula nel caso dei batteri.

Questi risultati inattesi suggeriscono che i ricercatori dovrebbero guardare oltre i filamenti lunghi di informazioni genetiche contenuti nel DNA. “Infatti per avere un quadro completo della regolazione genetica dobbiamo esaminare l’organizzazione tridimensionale della cromatina la quale coordina anche l’attività genetica,” ha detto Trussart.

La ricerca che ha portato a questi risultati è stata finanziata congiuntamente dal Settimo programma quadro dell’Unione europea, attraverso il Consiglio europeo della ricerca, e dal programma per la ricerca e l’innovazione Orizzonte 2020 dell’Unione europea.

Per maggiori informazioni, consultare:
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