Venerdì 16 Novembre 2018
   
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CONFERMATA TEORIA EVOLUTIVA DI ROBERTO CAZZOLLA GATTI

roberto cazzolla gatti

Biologia eRoberto Cazzolla Gatti, professore associato e ricercatore presso la Tomsk State University (TSU) in Russiavoluzionistica: due nuovi studi confermano l'ipotesi dell’"endogenosimbiosi"

L’endogenosimbiosi (dalla combinazione delle parole: endo-geno-simbiosi), ovvero la capacità di “portatori di geni” (in inglese: gene carriers) - quali virus, retrovirus e batteriofagi - di condividere parti del loro genoma in un rapporto simbiotico endogeno con i loro ospiti, è stata proposta nel 2015 da Roberto Cazzolla Gatti, Ph.D., professore associato di ecologia e biodiversità a Tomsk State University (Russia), in un articolo caricato su bioRXiv e pubblicato nel marzo di quest'anno sulla rivista Biologia.

Questa ipotesi prende spunto dall’endosimbiosi, proposta da Lynn Margulis nel 1967, ed è stata suggerita per spiegare un altro processo (oltre ai modelli evolutivi classici di mutazione-adattamento e di simbiogenensi) che permette l'espansione della diversità della vita sul nostro pianeta.

Il Dr. Cazzolla Gatti ha sostenuto nella sua ipotesi che "la causa più probabile dell'evoluzione della riproduzione sessuale, ovvero il parassitismo, rappresenta anche l'origine della biodiversità". In altri termini, il biologo italiano suggerisce che la riproduzione sessuale agisca come un sistema conservatore contro l'inserimento di nuove varianti genetiche nel DNA delle cellule (col supporto dei sistemi di riparazione del DNA) e, invece, l'evoluzione delle specie può avere luogo solo quando questo sistemteoria roberto cazzollaa di conservazione fallisce nel contrastare l'inserimento, all'interno del genoma dell'ospite, di parti di DNA esogeni (e RNA) provenienti dai "parassiti" obbligati, come virus e fagi, che stabiliscono una simbiosi con i loro ospiti. "Come due linee evolutive parallele - Cazzolla Gatti ha scritto nel suo articolo originale -, la riproduzione sessuale sembra preservare ciò che l’endogenosimbiosi permette di diversificare. Con il primo processo, le specie possono adattarsi lentamente e a tempo indeterminato ai fattori esterni, regolando se stesse, ma non “creano novità” (ovvero, non si formano nuove specie, ndr). L’endogenosimbiosi, invece, porta alla speciazione a causa di improvvisi cambiamenti nelle sequenze dei geni".

Questa idea mette in discussione i modelli di selezione naturale canonici, basati sulla gradualità del modello mutazione-adattamento, offrendo maggiore sostegno alla teoria dell'equilibrio punteggiato proposta da Jay Gould e Eldredge.

Ora, due studi indipendenti pubblicati di recente sulla rivista eLife (Henzy, J. E., & Johnson, W. E. 2016. Phylogenetic sleuthing reveals pair of paralogous genes. eLife, 5, e17224 and Enard, D., Cai, L., Gwennap, C., & Petrov, D. A. 2016. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals. eLife, 5, e12469) hanno empiricamente confermato l'ipotesi di Cazzolla Gatti e ha consegnatole lo status di una nuova teoria evolutiva.

In primo luogo, il Dr. Jamie E. Henzy e il Dr. Welkin E. Johnson dal Boston College (USA) hanno dimostrato che la complessa storia evolutiva delle IFIT (Interferon Induced proteins with Tetratricopeptide repeats), una famiglia di geni antivirali, è stata plasmata da continue interazioni tra gli ospiti mammiferi e i loro molti virus.

Poi, il dottor David Enard e colleghi presso l'Università di Stanford (USA) hanno stimato che i virus hanno indirizzato quasi il 30% di tutte le modifiche adattive di aminoacidi nella parte del proteoma umano conservato all'interno dei mammiferi. I loro risultati suggeriscono che i virus sono uno dei fattori di cambiamento evolutivo dominanti per i proteomi mammiferi e umani.

"Non solo gli organelli possono stabiliProf. Roberto Cazzolla Gatti,Ph.D.,biologo ambientale ed evolutivore simbiosi con altre cellule, come ha suggerito la Dr. Lynn Margulis - ha sostenuto il Dr. Cazzolla Gatti - ma interi frammenti di materiale genetico proveniente da parassiti simbiotici possono essere inclusi nel DNA ospite, modificando l'espressione genica e inducendo il processo di speciazione".

In precedenza, era stato stimato che circa il 7-8% di tutto il genoma umano contenesse circa 100.000 frammenti di DNA proveniente da retrovirus, noti come retrovirus endogeni. Ma attualmente abbiamo più prove a dimostrazione che si possa trattare di una sottostima e che la quantità del materiale genetico endogena proveniente da fonti esterne potrebbe essere molto superiore e molto significativa per l'evoluzione delle specie.

Insieme con la mutazione del geni e l'acquisizione di organelli, dovremmo aggiungere un nuovo elemento alle teorie biologiche, considerando la simbiosi con "parassiti endo-genetici" un altro processo evolutivo fondamentale, che ora ha un nome: endogenosimbiosi.

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Evolutionary biology: two new studies confirmed the “endogenosymbiosis” hypothesis

Endogenosymbiosis (from the combination of the words: endo-geno-symbiosis), such as the capacity of “gene carriers” (viruses, retrovirus and bacteriophages) to share parts of their genome in an endogenous symbiotic relationship with their hosts, was proposed in 2015 by Roberto Cazzolla Gatti, Ph.D., associate professor in ecology and biodiversity at the Tomsk State University (Russia), in a paper uploaded to bioRXiv and published in March of this year in the journal Biologia.

This hypothesis came after the idea of “endosymbiosis” proposed by Lynn Margulis in 1967 and was argued to explain another process (apart from the classical mutation-adaptation evolutionary model and the symbiogenensis) that drives the expansion of the diversity of life on our planet.

Dr. Cazzolla Gatti argued in his hypothesis that “the main likely cause of the evolution of sexual reproduction, the parasitism, also represents the origin of biodiversity”. In other terms, he suggested that sexual reproduction acts as a conservative system against the inclusion of new genetic variations into cells’ DNA (supported by the DNA repair systems) and, instead, the evolution of species can take place only when this preservative system fails to contrast the inclusion, within the host genome, of hexogen parts of DNA (and RNA) coming from obliged “parasitic” elements (viruses and phages) that establish a symbiosis with their hosts. “As two parallel evolutionary lines – Cazzolla Gatti wrote in his original paper -, sexual reproduction seems to preserve what the endogenosymbiosis moves to diversify. Following the former process, the species can adapt slowly and indefinitely to the external factors, adjusting themselves, but not ‘creating’ novelty. The latter process, instead, leads to the speciation due to sudden changes in genes sequences”.

This idea challenges the canonical natural selection models based on the gradualism of the mutation-adaptation pattern, providing more support to the punctuated equilibrium theory proposed by Jay Gould and Eldredge.

Now, two independent studies recently published on eLife (Henzy, J. E., & Johnson, W. E. 2016. Phylogenetic sleuthing reveals pair of paralogous genes. eLife, 5, e17224 and Enard, D., Cai, L., Gwennap, C., & Petrov, D. A. 2016. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals. eLife, 5, e12469) empirically confirmed Cazzolla Gatti’s hypothesis and gave it the status of a new evolutionary theory.

Firstly, Dr. Jamie E. Henzy and Dr. Welkin E. Johnson from the Boston College (US) demonstrated that the complex evolutionary history of the IFIT (Interferon Induced proteins with Tetratricopeptide repeats) family of antiviral genes has been shaped by continuous interactions between mammalian hosts and their many viruses.

Then, Dr. David Enard and colleagues from the Stanford University (US) estimated that viruses have driven close to 30% of all adaptive amino acid changes in the part of the human proteome conserved within mammals. Their results suggest that viruses are one of the most dominant drivers of evolutionary change across mammalian and human proteomes.

“Not only organelles can be symbiotic with other cells, as suggested Dr. Lynn Margulis – argued Dr. Cazzolla Gatti – but entire pieces of genetic material coming from symbiotic parasites can be included in the host DNA, changing the gene expression and addressing the speciation process”.

Previously, it was estimated that about 7-8% percent of the entire human genome carry about 100,000 pieces of DNA that came from retroviruses known as endogenous retroviruses. But currently we have more evidences showing that this can be an underestimation and that the quantity of the endogenous genetic material coming from external sources could be much higher and very significant for the evolution of species.

Together with gene mutation and the acquisition of organelles, we should add a new piece to the biological theories, considering the symbiosis with “endo-genetic parasites” as another fundamental evolutionary process, which has now a name: endogenosymbiosis.

 

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