Abalone Sotto Stress da Caldo: Ho Spiato i Loro Geni per Capire Come Reagiscono!

Ciao a tutti, appassionati di mare e di scienza! Oggi voglio portarvi con me in un’avventura sottomarina, ma non per ammirare i coralli o nuotare con i pesci tropicali. No, oggi ci tufferemo nel mondo microscopico della genetica, per capire come se la cavano delle creature affascinanti e, purtroppo, sempre più minacciate: gli abaloni.

Forse li conoscete come “orecchie di mare” per la forma della loro conchiglia, o magari ne avete gustato la prelibata carne. Gli abaloni, del genere Haliotis, sono gasteropodi marini importantissimi per gli ecosistemi costieri rocciosi e le barriere coralline, sia nelle acque tropicali che temperate. Oltre al loro ruolo ecologico, storico e culturale, rappresentano una delle prelibatezze ittiche più pregiate al mondo, sostenendo industrie di pesca e acquacoltura in molti paesi. Pensate, però, che la maggior parte delle riserve naturali di abaloni è sovrasfruttata, e oggi oltre il 95% della produzione mondiale proviene dall’acquacoltura.

Un Nemico Invisibile: il Caldo Eccessivo

Il problema, amici miei, è che questi molluschi stanno soffrendo terribilmente a causa dei cambiamenti climatici. Le ondate di calore marino, sempre più intense e frequenti, li mettono a dura prova. Immaginatevi di vivere costantemente con la febbre alta: la crescita rallenta, i cicli riproduttivi si sballano, si diventa più vulnerabili a malattie e, nei casi peggiori, si muore. E gli abaloni, purtroppo, sono tra le specie marine più sensibili: oltre il 40% di tutte le specie di abalone è classificato come minacciato di estinzione. Una vera tragedia!

Eventi di stress da calore hanno avuto impatti devastanti sia sulle popolazioni selvatiche che su quelle allevate. Vi racconto un paio di episodi per farvi capire la gravità. Nell’estate 2010-2011, lungo le coste dell’Australia Occidentale, le temperature dell’acqua sono schizzate fino a 6°C sopra la media. Risultato? Una mortalità del 99% degli stock selvatici di abalone di Roe (Haliotis roei) a Kalbarri. Un disastro. Anche in Tasmania, nel 2016, un evento simile ha ridotto drasticamente le catture. E non pensiate che sia un problema solo dell’emisfero australe: sulla costa occidentale americana, dal Messico al Canada, ondate di calore tra il 2014 e il 2016, combinate con la perdita di foreste di kelp (il loro cibo) e la pesca eccessiva, hanno causato morie di massa di diverse specie, sette delle quali sono ora classificate come “Criticamente Minacciate”.

A differenza di pesci o mammiferi marini che possono migrare verso acque più fresche, gli abaloni sono piuttosto stanziali. Non possono fare le valigie e trasferirsi. Sono costretti a subire questo stress prolungato. Per questo, mi sono sempre chiesto: ma avranno sviluppato dei meccanismi genetici per difendersi, per sopravvivere?

La Genetica in Soccorso: Cosa ci Dice il DNA?

Negli ultimi anni, grazie ai progressi nelle analisi genetiche (in particolare la trascrittomica, che studia quali geni vengono “accesi” o “spenti” in determinate condizioni), abbiamo iniziato a capirci qualcosa di più. La risposta molecolare allo stress da calore non è legata a un singolo gene magico, ma a una complessa rete di geni regolati a vari livelli. È come se l’organismo avesse un intero pannello di controllo per reagire! Quando fa troppo caldo, ad esempio, le proteine all’interno delle cellule possono “sbagliare forma” e aggregarsi, diventando tossiche. Per evitare questo disastro, la cellula può: 1) “riparare” queste proteine o 2) smantellarle in pezzetti più piccoli. Questi meccanismi salvavita sono associati all’attivazione di geni chiamati Heat Shock Protein (HSP) e geni legati al Sistema Ubiquitina-Proteasoma (UPS).

Molti ricercatori, me compreso idealmente in questo contesto, si sono quindi buttati a studiare la risposta genetica degli abaloni allo stress termico. Esistono un bel po’ di studi che usano la trascrittomica, ma finora nessuno aveva provato a metterli tutti insieme per vedere se c’era una “risposta comune”, un nucleo di reazioni genetiche valido per tutto il genere Haliotis. Ed è qui che entra in gioco il mio lavoro, o meglio, il lavoro di sintesi che voglio raccontarvi.

Ho deciso, metaforicamente parlando, di rimboccarmi le maniche e fare una meta-analisi. In pratica, ho preso nove studi pubblici che utilizzavano dati di RNA-seq (una tecnica per leggere l’espressione dei geni) su sette diverse specie di abalone e tre ibridi, tutti sottoposti a stress da calore. Ho rianalizzato tutti questi dati con una procedura bioinformatica standardizzata, come se li avessi raccolti io stesso, per poterli confrontare in modo omogeneo. L’obiettivo? Trovare un insieme di geni che si comportassero allo stesso modo in risposta al caldo in almeno sette studi su nove. Un bel lavoraccio, ve lo assicuro, ma ne è valsa la pena!

La Scoperta: Un Nucleo di 74 Geni “Anticaldo”

Ebbene sì, abbiamo trovato un “nocciolo duro” di 74 geni espressi differenzialmente (DEG) che sembrano essere la risposta fondamentale degli abaloni allo stress termico. La cosa incredibile è che questi geni si attivavano o disattivavano in modo molto consistente tra i vari studi, nonostante le differenze nel disegno sperimentale (come l’intensità dello stress, la specie studiata, la sua distribuzione geografica, la temperatura preferita, ecc.). Questa coerenza rafforza l’idea che questi geni siano davvero elementi chiave.

Cosa fanno questi 74 moschettieri genetici? Principalmente, sono coinvolti in processi come lo splicing alternativo (un meccanismo che permette di produrre diverse versioni di proteine da uno stesso gene, un po’ come avere più opzioni da un unico stampo), la produzione delle già citate Heat Shock Proteins (HSP), il funzionamento del Sistema Ubiquitina-Proteasoma (UPS) e altri percorsi legati al corretto ripiegamento e processamento delle proteine. Le HSP, ad esempio, costituivano oltre il 15% di questi geni “core”.

La maggior parte di questi geni “core” veniva espressa a livelli più alti (cioè, erano “up-regolati”) sotto stress da calore. Tra questi, geni come SRSF10, WBP2NL e XBP1 erano up-regolati in tutti gli otto studi in cui sono stati identificati come significativi. Altri, come CCNG2, HIF1A, EIF1, BIRC7, HSP70Ab, DnaJB1/HSP40, erano up-regolati in tutti e sette gli studi in cui sono emersi. Anche se in numero minore, c’erano geni costantemente “down-regolati” (cioè, la loro attività diminuiva), come FUS, HNRNPAB, TUBB4B, HNRNPA1, HNRNPLL e HMGB1. Questi ultimi, spesso legati alla famiglia delle ribonucleoproteine nucleari eterogenee (HnRNP), giocano un ruolo regolatorio, influenzando anche lo splicing e l’attività di altri geni legati allo stress.

Analizzando più a fondo, abbiamo visto che questi 74 geni sono arricchiti in termini di Gene Ontology (un sistema di classificazione delle funzioni geniche) associati al “ripiegamento delle proteine” e al “processamento delle proteine”. In pratica, quando fa caldo, la cellula dell’abalone si concentra moltissimo nel gestire le sue proteine, assicurandosi che mantengano la forma corretta o vengano eliminate se danneggiate. Abbiamo anche usato un software chiamato STRING per vedere come queste proteine interagiscono tra loro, e sono emersi tre “cluster” principali, tutti fortemente legati al ripiegamento proteico e pieni di HSP che collaborano con altre proteine.

Non Tutti Reagiscono Uguale: Le Sfumature della Risposta

Certo, non è tutto bianco o nero. Ad esempio, una specie, Haliotis diversicolor, che vive in acque generalmente più calde, ha mostrato un numero inferiore di geni HSP attivati rispetto agli altri. Questo potrebbe dipendere dalla sua storia evolutiva, dalla sua fisiologia adattata a temperature più alte, o forse anche dalla durata dello stress applicato nell’esperimento specifico. È un aspetto interessante che merita ulteriori indagini.

Un altro caso curioso è stato quello di un ibrido tra H. rufescens e H. corrugata. In questo studio, ben 31 dei 74 geni “core” erano down-regolati, mentre negli altri studi erano up-regolati. Una delle differenze chiave era la durata dello stress: ben 98 giorni, con un aumento di temperatura relativamente moderato (da 18°C a 22°C). Questo potrebbe suggerire che uno stress moderato ma prolungato potrebbe indurre una sorta di “acclimatamento” o “priming termico”, modificando la risposta genetica. Oppure, potrebbe essere che la temperatura di “stress” (22°C) fosse in realtà più vicina all’ottimale per una delle specie parentali (H. corrugata), influenzando la risposta dell’ibrido.

Cosa Ci Riserva il Futuro? Applicazioni Pratiche

Ma a cosa serve tutta questa fatica, vi chiederete? Beh, identificare questa “risposta genetica fondamentale” allo stress da calore negli abaloni getta basi importantissime per il futuro. Innanzitutto, può aiutarci negli sforzi di conservazione, magari permettendoci di identificare popolazioni naturalmente più resilienti al caldo.

E per l’acquacoltura? Le implicazioni sono enormi! Conoscere questi geni potrebbe guidare programmi di selezione genetica per allevare abaloni più tolleranti alle alte temperature. Potremmo esplorare tecniche come l’esposizione precoce a stress lievi per “allenare” gli animali (il famoso priming termico), o persino l’editing genetico (con tutte le cautele del caso, ovviamente) e l’uso di immunostimolanti per migliorare la loro resistenza. Concentrarsi su geni come le HSP, le HnRNP e quelli coinvolti nello splicing e nel processamento delle proteine ci offre un approccio più mirato.

Insomma, questo studio è un piccolo tassello, ma spero possa contribuire a proteggere questi meravigliosi abitanti del mare e a sostenere un’acquacoltura più resiliente, specialmente in un mondo dove le ondate di calore marino sono, purtroppo, destinate ad aumentare. La scienza, ancora una volta, ci offre strumenti preziosi per capire e, speriamo, per agire!

Fonte: Springer