(Peste nera-Immagine Credit Public Domain).
Il DNA medievale suggerisce che il gene immunitario ha aiutato a proteggere da agenti patogeni mortali, ma oggi può causare problemi autoimmuni.
In una piovigginosa mattina di aprile del 2006, un genetista ha avuto il compito di aiutare a smistare 50 scatole di ossa nel seminterrato del Museum of London in due pile. Uno conteneva i resti di persone morte 700 anni fa durante la peste nera. Nell’altro c’erano ossa di sopravvissuti alla peste che erano stati sepolti un anno o più dopo nello stesso cimitero medievale vicino alla Torre di Londra.
Mentre Jennifer Klunk, allora studentessa laureata alla McMaster University, esaminava i resti, si chiedeva cosa rendesse diversi i due gruppi. “Perché alcune persone sono morte durante la peste nera e altre no?” Klunk, ora alla Daicel Arbor Biosciences, ricorda di aver pensato.
Altri studiosi hanno riflettuto su quel mistero per secoli. Ma ora, analizzando il DNA di quelle vecchie ossa e di altri provenienti da Londra e dalla Danimarca, Klunk e i suoi colleghi hanno trovato una risposta: i sopravvissuti avevano molte più probabilità di essere portatori di varianti genetiche che aumentavano la loro risposta immunitaria a Yersinia pestis, il batterio trasmesso dalle pulci che provoca la peste. “Una sola variante sembra aver aumentato del 40% le possibilità di sopravvivere alla peste”, hanno riportato oggi su Nature i ricercatori. “Siamo rimasti sbalorditi. … Non è un piccolo effetto”, afferma Hendrik Poinar, genetista evoluzionista presso McMaster e co-autore principale dello studio (e consulente del dottorato di ricerca di Klunk).
I risultati indicano anche che la peste nera ha causato un drammatico aumento nella proporzione di persone che portano la variante protettiva; è la più forte ondata di selezione naturale sul genoma umano documentata finora. Ma il miglioramento dell’immunità ha avuto un costo: oggi la variante è anche associata a un rischio maggiore di malattie autoimmuni.
“Questo è un documento davvero impressionante”, afferma il genetista della popolazione David Enard dell’Università dell’Arizona, che non fa parte dello studio. “Le implicazioni della potenziale velocità e potenza della selezione naturale nei geni immunitari sono selvagge”.
La peste nera è la pandemia più mortale registrata nella storia umana. A metà del XIV secolo, uccise dal 30% al 50% di tutte le persone che vivevano in Europa, Medio Oriente e Africa. I ricercatori hanno a lungo pensato che la catastrofe avesse lasciato un segno nel genoma dei sopravvissuti, conferendo alle generazioni future una certa immunità contro le rinascite della peste. Ma identificare quel segno si è rivelato difficile, in parte perché i geni coinvolti nell’immunità cambiano rapidamente di frequenza con l’arrivo di nuovi agenti patogeni. “Non è possibile” rilevare la firma genomica della peste negli esseri umani vivent, afferma l’antropologa molecolare Anne Stone dell’Arizona State University, Tempe, che non fa parte dello studio..
Nell’ultimo decennio, nuove tecniche di analisi del DNA antico hanno permesso di ricercare le eredità di agenti patogeni nei genomi di persone morte molto tempo fa. Ma i ricercatori che studiavano la peste hanno lottato per trovare campioni abbastanza datati di vittime e sopravvissuti per rivelare differenze reali nella frequenza dei geni immunitari.
Poinar trovò una risposta a questo problema nel cimitero di East Smithfield a Londra, su un terreno che re Edoardo III acquistò per una fossa per la peste. Le sue migliaia di sepolture rappresentano una capsula del tempo ben datata. Le vittime della peste che morirono nel 1348 e nel 1349, quando la malattia devastò per la prima volta la città, sono sepolte in fosse comuni sul fondo; i sopravvissuti che morirono nel 1350 o più tardi sono al di sopra di loro. Il team ha estratto campioni di ossa da 318 scheletri da questo cimitero e da altri due a Londra, nonché da 198 resti trovati in cinque siti in Danimarca.
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Questo ha fornito loro campioni ben datati di circa 500 persone che hanno vissuto durante una finestra di 100 anni prima, durante e dopo la peste.
Dopo che Klunk ha estratto e sequenziato il DNA dalle ossa, un team guidato dai genetisti umani Luis Barreiro e Tauras Vilgalys dell’Università di Chicago ha utilizzato il DNA della più alta qualità di 206 individui per esaminare 356 geni associati alle risposte immunitarie. Il team ha identificato 245 sorprendenti varianti genetiche che sono aumentate o diminuite di frequenza prima e dopo la peste nera nelle persone a Londra, quattro delle quali sono state trovate anche in campioni provenienti dalla Danimarca.
I cambiamenti nel codice per un gene si sono distinti: ERAP2che codifica per una proteina chiamata aminopeptidasi 2 del reticolo endoplasmatico. Un lavoro precedente aveva dimostrato che ERAP2 aiuta le cellule immunitarie a riconoscere e combattere i virus minacciosi. Il team ha confermato che può anche sopprimere i batteri Y. pestis misurando il modo in cui i geni delle cellule immunitarie umane coltivate hanno risposto al patogeno.
I ricercatori hanno trovato due varianti, o alleli, di ERAP2 nei loro campioni. Si differenziano per una sola lettera nel codice genetico. Ma quella differenza, che determina se il gene produce una proteina a grandezza naturale o troncata, ha avuto un grande impatto sull’immunità. Le persone che hanno ereditato due copie dell’allele per la proteina completa avevano il doppio delle probabilità di essere sopravvissute alla peste rispetto a quelle che hanno ereditato la variante che crea la versione troncata.
Un’analisi di 143 campioni provenienti da Londra ha anche indicato che, prima della peste nera, il 40% dei londinesi portava una o due copie della variante protettiva. Ma solo il 35% delle vittime della peste la portava. E dopo la peste, la quota di londinesi portatori della variante protettiva è salita a oltre il 50% in poche generazioni. In Danimarca, dove la dimensione del campione era più piccola, la percentuale di persone che trasportavano la variante protettiva è aumentata dal 45% prima della peste nera al 70% dopo.
“Anche se l’aumento di 10 punti percentuali osservato a Londra potrebbe non sembrare molto, i ricercatori non hanno mai documentato un aumento così rapido in una variante genetica umana”, dice Barreiro. “Data la dimensione abbastanza grande della popolazione [di Londra] all’epoca, un cambiamento del 10% nella frequenza degli alleli in sole tre o quattro generazioni è altamente insolito”, afferma. “È uno degli esempi più veloci di selezione naturale mai rilevati negli esseri umani”, afferma il genetista Monty Slatkin dell’Università della California, Berkeley, che non fa parte dello studio.
Oggi, la variante protettiva si trova ancora in circa il 45% degli inglesi nel database 1000 Genomes, un catalogo di variazioni genetiche. Questo numero è sorprendentemente alto, perché la variante protettiva ha uno svantaggio. Studi precedenti hanno dimostrato che comporta un rischio maggiore di sviluppare malattie autoimmuni, come il morbo di Crohn e l’artrite reumatoide. “Una volta che la pandemia è passata, questo costo diventa evidente”, afferma Enard. L’elevata proporzione della variante suggerisce che la selezione naturale abbia continuato a favorirla fino a tempi recenti, presumibilmente perché la peste è rimasta endemica in Europa e in Asia fino al XIX secolo.
I ricercatori stanno ora verificando se la variante protettiva e altre tre potenziali varianti di resistenza alla peste identificate dallo studio pubblicato su Nature sono presenti e mostrano variazioni di frequenza in altre popolazioni antiche, specialmente in Africa. “Uno studio recente dalla Norvegia, che ha analizzato il DNA di 54 persone vissute prima, durante e dopo la peste nera a Trondheim, non ha riscontrato grandi oscillazioni nei quattro geni”, afferma Tom Gilbert, un biologo evoluzionista dell’Università di Copenaghen che co- guidato il lavoro. Ma Gilbert e il genetista Ziyue Gao dell’Università della Pennsylvania affermano che se i ricercatori possono confermare tali aumenti di geni in più popolazioni, ciò potrebbe aiutare a escludere la possibilità che le nuove scoperte siano distorte, ad esempio dal modo in cui i ricercatori ricostruiscono comunemente sequenze di DNA degradate .
Tuttavia, Gilbert si aspetta che i risultati reggano. E lo hanno portato a chiedersi se i cambiamenti genetici, e non un migliore controllo dei parassiti o una migliore pulizia, spieghino perché Y. pestis è meno pericoloso oggi di quanto non lo fosse nel 14° secolo. “Abbiamo pensato che la peste fosse scomparsa perché siamo diventati più abili nel pulire le nostre case e tenere fuori i topi“, dice Gilbert. “Ma non sarebbe fantastico se la peste fosse scomparsa perché siamo diventati immuni, non solo perché abbiamo una migliore igiene?”.
Fonter: Science
