Virus Matusalemme: E se i Segreti della Nostra Evoluzione Fossero Nascosti nel Loro DNA?

Ciao a tutti, appassionati di scienza e misteri evolutivi! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante indietro nel tempo, ma proprio tanto indietro, a prima che esistessero le cellule complesse come le nostre, quelle che chiamiamo eucariotiche. Parleremo di virus, ma non come li pensiamo di solito (causa di raffreddori o peggio), bensì come possibili custodi di segreti antichissimi sulla nostra stessa origine. Tenetevi forte, perché quello che stiamo scoprendo potrebbe riscrivere parte della storia della vita sulla Terra.

Un Tuffo nel Passato Profondo: Prima di LECA

Avete mai sentito parlare di LECA? Sta per “Last Eukaryotic Common Ancestor”, ovvero l’ultimo antenato comune di tutti gli organismi eucarioti (animali, piante, funghi, protisti… noi compresi!). Immaginate un’epoca remotissima, oltre un miliardo e mezzo di anni fa, forse anche di più. La vita era molto diversa, e il passaggio da cellule semplici (come batteri e archea) a cellule complesse come quelle eucariotiche, con un nucleo ben definito e tanti organelli interni, è uno dei più grandi enigmi dell’evoluzione. Non sappiamo esattamente come sia successo, né l’ordine preciso degli eventi.

Qui entrano in gioco i nostri protagonisti inaspettati: i virus. In particolare, un gruppo chiamato Nucleocytoviricota, spesso noti come “virus giganti” per le loro dimensioni e complessità genomica enormi rispetto alla media virale. Questi bestioni infettano una vasta gamma di ospiti eucarioti, dalle alghe unicellulari agli animali.

Virus Giganti e Antenati Misteriosi

La cosa affascinante è che questi virus giganti condividono con le cellule eucariotiche alcuni geni fondamentali, specialmente quelli coinvolti in processi chiave come la replicazione del DNA e la trascrizione (la lettura del DNA per produrre RNA). Parliamo di enzimi cruciali come le DNA polimerasi (quelle che copiano il DNA) e le RNA polimerasi (quelle che trascrivono il DNA in RNA). La domanda che ci siamo posti è: come sono finiti questi geni sia nei virus che negli eucarioti? Si tratta di prestiti recenti o di un legame evolutivo molto più antico e profondo?

Studi precedenti avevano già notato somiglianze sospette, suggerendo scambi genetici avvenuti in epoche remote. Ma la direzione e i tempi di questi scambi sono sempre stati difficili da definire. I virus prendono geni dagli ospiti? O forse, in alcuni casi, è successo il contrario? E soprattutto, quando è avvenuto tutto questo?

L’Indagine sull’Albero Genealogico Genetico

Per cercare di capirci qualcosa di più, abbiamo deciso di fare un’analisi filogenetica aggiornata e approfondita. Immaginate di costruire un enorme albero genealogico, non di persone, ma di geni. Abbiamo preso le sequenze degli enzimi chiave – DNA polimerasi di tipo B, RNA polimerasi multimeriche e gli enzimi per il “capping” dell’mRNA (un processo fondamentale per la maturazione dell’RNA messaggero negli eucarioti) – da un’ampia varietà di eucarioti, archea, e ovviamente, dai nostri virus giganti e altri gruppi virali correlati come gli Herpesvirus e i Mirusvirus (scoperti più di recente).

Abbiamo usato metodi computazionali avanzati per confrontare tutte queste sequenze e ricostruire le loro relazioni evolutive, cercando di capire chi è “parente” di chi e quanto indietro nel tempo risalgono queste parentele. Abbiamo testato diversi modelli evolutivi e strategie di analisi per essere sicuri della robustezza dei nostri risultati.

La Scoperta che Cambia le Carte in Tavola

E qui arriva il bello. I risultati sono stati sorprendenti! Invece di trovare i geni virali “annidati” all’interno di specifici gruppi di geni eucariotici moderni (cosa che ci aspetteremmo se i virus li avessero presi in prestito *dopo* la comparsa di LECA), abbiamo scoperto che i cladi (i raggruppamenti) virali si posizionano tipicamente *accanto* o *alla base* dei cladi eucariotici.

Prendiamo la DNA polimerasi B (PolB). Gli eucarioti ne hanno quattro tipi principali (α, δ, ε, ζ). Bene, la maggior parte delle PolB dei Nucleocytoviricota forma un gruppo fratello della Polδ eucariotica. Ancora più intrigante, altri virus come Herpesvirus e Mirusvirus si piazzano lì vicino, ma esternamente a questo gruppo. Questo suggerisce fortemente che questi virus (o i loro antenati) abbiano acquisito le loro polimerasi *prima* che la Polδ eucariotica diventasse quella che è oggi, ovvero, probabilmente prima di LECA!

Una storia simile emerge per le RNA polimerasi (RNAP). Gli eucarioti ne hanno tre tipi (I, II, III), ognuno con compiti specifici. Le RNAP dei Nucleocytoviricota e dei Mirusvirus si raggruppano vicino alla RNAP II eucariotica (quella che trascrive l’mRNA), ma non *dentro* il suo clade. Di nuovo, questo punta a un’origine antica, pre-LECA. Anche per gli enzimi del capping dell’mRNA, pur con qualche difficoltà interpretativa in più, lo scenario sembra ripetersi: i geni virali non sono figli diretti di quelli eucariotici moderni, ma piuttosto cugini molto, molto alla lontana.

Fabbriche Virali Antichissime?

Cosa significa tutto questo? Questi enzimi (polimerasi, capping) sono fondamentali per un processo affascinante messo in atto da molti Nucleocytoviricota durante l’infezione: la creazione delle cosiddette “fabbriche virali” o viroplasmi. Si tratta di compartimenti complessi che il virus costruisce all’interno della cellula ospite per replicare il proprio DNA, trascrivere i propri geni e assemblare nuove particelle virali, un po’ come una catena di montaggio super efficiente e protetta.

Il fatto che gli enzimi necessari per far funzionare queste fabbriche abbiano origini così antiche, potenzialmente pre-LECA, ci porta a ipotizzare che le fabbriche virali stesse siano un’innovazione evolutiva molto vecchia. Potrebbero essere state uno strumento chiave che ha permesso a questi virus ancestrali di prosperare e diversificarsi eludendo le difese dei loro ospiti proto-eucariotici.

Due Ipotesi sul Tavolo

Di fronte a questi dati, proponiamo due possibili scenari per spiegare questa parentela antica tra geni virali ed eucariotici:

• Scenario 1 (il nostro favorito): Trasferimento da ospite a virus prima di LECA. I virus giganti ancestrali avrebbero acquisito questi geni fondamentali da lignaggi di proto-eucarioti (i nostri antenati prima di LECA). Questi lignaggi ospiti potrebbero poi essersi estinti o evoluti in modo tale da non essere più riconoscibili, lasciando nei virus delle “reliquie” genetiche di un mondo perduto. Questo spiegherebbe perché i geni virali sono vicini ma non dentro i cladi eucariotici moderni. Il fatto che i geni acquisiti siano proprio quelli più utili per la replicazione virale (come Polδ e RNAP II) supporta questa idea.
• Scenario 2: Trasferimento da virus a ospite prima di LECA. È anche possibile, in linea di principio, che alcuni di questi geni fondamentali negli eucarioti abbiano un’origine virale. Questa idea è stata proposta in passato, ma cozza un po’ con l’ipotesi che le diverse polimerasi eucariotiche (Polα, δ, ζ e RNAP I, II, III) siano nate da duplicazioni geniche avvenute *all’interno* del lignaggio eucariotico prima di LECA. Per questo, propendiamo per il primo scenario, ma la porta non è completamente chiusa.

Un Mondo Perduto nei Geni Virali

Indipendentemente dallo scenario esatto, le nostre scoperte dipingono un quadro affascinante: una virosfera (l’insieme di tutti i virus) estremamente diversificata e complessa già nelle primissime fasi dell’evoluzione eucariotica, molto prima di LECA. Questi virus non erano semplici passeggeri, ma interagivano profondamente con i loro ospiti proto-eucariotici, scambiando geni fondamentali.

Pensateci: i genomi dei virus giganti che studiamo oggi potrebbero contenere frammenti, echi genetici, di forme di vita proto-eucariotiche che non esistono più, veri e propri fossili molecolari che ci raccontano storie di un’epoca altrimenti inaccessibile. È come trovare pezzi di una civiltà perduta studiando i manufatti che ha lasciato in prestito ai suoi vicini!

La ricerca continua, ovviamente. La scoperta di nuovi lignaggi virali e analisi filogenetiche sempre più sofisticate ci aiuteranno a dipanare ulteriormente questa matassa evolutiva incredibilmente intricata. Ma una cosa sembra sempre più chiara: per capire appieno le nostre origini come eucarioti, dobbiamo guardare anche al mondo invisibile e antichissimo dei virus, i nostri compagni di viaggio evolutivi fin dagli albori della vita complessa. Non è pazzesco?

Fonte: Springer