GENES, EPIGENES, ECOSYSTEM

GENES, EPIGENES, ECOSYSTEM

Save the Date. Il 03 Marzo ore 10.30, Note per la Lezione di Paolo Manzelli .

c/o l’Incubatore UNIFI di Sesto.F.no via Madonna del Piano 06, 50019 SestoF.no.

La biodiversità acquista valore evolutivo sulla base delle relazioni tra geni, epigeni e sistema ecologico indirizzate al mantenimento della vita. Diversamente la biodiversità è stata considerata come la somma delle varietà genetiche degli organismi a tutti i livelli di organizzazione.

Infatti il DNA è stato pensato come una struttura stabile ed non modificabile, cosi’ che senza ricorrere alla “informazione epigenetica” che permetta di aprire il DNA e modularne la espressione in relazione all’ambiente vitale, il DNA è fatto apposta per rendere criptata la informazione genetica, proprio in quanto la doppia elica è avvolta e riavvolta con direzioni inverse, che chiudono tutte le possibilità di facile copiatura.

La epigenetica pertanto individua i caratteri di informazione ambientale che rendono leggibili le sequenze genetiche e permettono di determinarne la loro effettiva espressione generatrice di biodiversità. Le cellule-staminali “totopotenti” sono un es. di come le attività di interazione epigenetica attivino e/o disattivino il silenziamento genetico di vaste aree del DNA per produrre sequenze cellulari diverse : neuroni, muscoli, pelle ecc.. . (1)

Inoltre ogni specie vivente è di per se stessa un sistema evoluto complesso in quanto composto da diversi insiemi di DNA (nucleare, mitocondriale e dei batteri simbionti) ospitati in un medesimo fenotipo, che si alimenta e vive in un ambiente vitale. (2)

Pertanto ogni semplificazione che vede la biodiversità come semplice somma di diversità genetiche è del tutto fuorviante. ((X)). Ad es. studi compiuti sulle formiche, le quali si differenziano per determinare la loro organizzazione sociale, hanno mostrato come la vistosa differenza tra le operaie e le future regine non sia dovuta geneticamente a variazioni della sequenza del DNA, ma a fattori epigenetici che imprimono diversità nella metilazione di alcune aree della doppia elica del DNA. Il processo di metilazione, è infatti molto utilizzato nella differenziazione fenotipica da un punto di vista evolutivo, in quanto permette, ai vari apparati adibiti alla trascrizione del DNA, di leggere e quindi effettuare la discriminazione tra quali geni esprimere e quali invece reprimere per ottenere espressioni di differente tipologia funzionale, ad es. formiche con le ali, vari tipi di formiche operaie e con funzioni di soldato. (3) Infine è necessario tenere ben presente che i vari processi di metabolismo aerobico, sono presieduti dalle attività del DNA mitocondriale, che diversamente dal DNA nucleare è ereditato esclusivamente per via materna, cosi che per tramite la “mitocondrio genesi” diventa possibile regolare le diverse capacita delle cellule nel ottenere energia dalla respirazione cellulare ed inoltre di regolare la “apoptosi “, cioè la morte programmata del ciclo di vita delle varie cellule nei diversi organismi. (4), (5)

In vero dobbiamo pensare alla vita biologica come un sistema “cooperativo complesso” che al contrario della semplicistica impostazione “meccanica” della scienza, si basa su una informazione, diversamente codificata, ma universale, la quale permette di ricavare dall’ambiente energia e nutrienti, per poter rispondere alle necessità di cambiamento dell’ambiente, sia regolando il proprio sistema vitale interno, che trovando soluzioni alternative di interazione e cooperazione necessarie per modificare l’ambiente e favorire l’evoluzione della biologica di tutti gli esseri viventi che ne sono parte integrante.

Importante e’ capire come sequenze identiche del DNA possono avere funzionalita’ epigenetiche diverse a seconda della disattivazione dovuta, negli eucarioti, alla metilazione delle citosine. Pertanto l’epigenetica fornisce una spiegazione come il materiale genetico risponda alle mutevoli condizioni ecologiche derivanti dalla informazione ambientale . La variazione della informazione del sistema ecologico ad es. determina interferenze sulla produzione ormonale prodotta dal cervello, che tende a modulare il metabolismo variando durante la crescita di ciascun individuo . Ad es la metilazione della citosina è regolata durante le fasi i sviluppo dalla concetrazione di ormoni. Pertanto la metilazione del DNA è un meccanismo epigenetico utilizzato dalle cellule per gestire l’espressione genica. Sia la ipo- che iper-metilazione sono stati associati all’invecchiamento cellulare. Anche le piante se pur prive di un cervello sono capaci di avere un sistema nervoso e produrre ormoni per rispondere a i cambiamenti stagionali dell’ ambiente. Lo stress derivante dalla esposizione al freddo o al caldo fuori stagione vanno ad attivare a modifiche della metilazione della cromatina che sono in grado di “zittire” o “attivare” i geni della fioritura. Inoltre ad es nei mammiferi anche modifiche della dieta originale possano influenzare la attivazione ovvero disattivazione epigenetica Cosi alcuni topoline incinte quando sono alimentate con supplementi ricchi di gruppi metilici, come acido folico e vitamina B12, la loro progenie ha sviluppato una pelliccia per la maggior parte marrone scuro anziche’ marrone chiaro o pezzato.

In sostanza i fattori epigenetici regolano l’interpretazione della espressione de DNA all’interno di ciascuna cellula vivente. La regolazione epigenetica del genoma supera il riduzionismo genetico della tradizione meccanica della scienza . Una riflessione su la “epigenetica” inizio’ ponendo attenzione alle ” metamorfosi ” come ad esempio la trasformazione di un bruco in farfalla. Entrambi Bruco e Farfalla hanno lo stesso DNA , ma la attivita’ di un ormone specifico prodotto nella maturazione del cervello del bruco attiva la trasformazione in crisalide e di seguito una tutta la serie di cambiamenti di forma che portano al volo della farfalla.

E’ noto che le farfalle non si auto-riproducono ma producono bruchi. per cui la specie “Bruco//Farfalla” è una sola con un solo DNA, mentre la differenza notevole di forma va a dipendere dalla maturazione del sistema neuronale del bruco che è in relazione con la informazione esercitata dall’ ambiente.

Infine è utile ricordare che la maggior parte delle attivita’ biologiche sono catalizzate da specifici enzimi che hanno specifiche funzioni di ossidazione/riduzione, trasferimento, metilazione, formazione di doppi legami ecc.. .

La Interazione tra enzima e sito attivo del substrato fin dal 1894 fu interpretata da Hermann Emil Fiscer con il modello meccanico “CHIAVE-SERRATURA” , fa riferimento ad un incastro molecolare “meccanico” piu’ o meno flessibile.

Certamente il Modello Chiave Serratura ottenuto per contatto diretto, è altamente intuitivo ma anche decisamente insufficiente a capire l’ azione enzimatica come catalisi molecolare ed infatti risulta incapace di interpretare la affinita’ chimica e la possibilita’ di determinare azioni catalitiche di attivazione e/o inibizione cinetica delle reazioni biologiche . In alternativa come modelli di interazione molecolare a distanza (7)

In conclusione la vita è funzione di un sistema complesso che interpretra ed esprime la informazione genetica in funzione della informazione epigenetica ed in risposta alle condizioni di sviluppo del sistema ecologico.

 

Biblio on line:

(1) Splicing alternativo : http://cronologia.leonardo.it/biogra2/introni.htm ;

(2) Gut.brain Axis : http://www.edscuola.eu/wordpress/?p=17323;

(3) PIKAIA-Portal: http://pikaia.eu/cibo-e-coccole-determinano-il-futuro-lavoro-delle-formiche/; metilazione ;

http://pikaia.eu/metilazione-e-duplicazione-genica/ ; http://pikaia.eu/dal-genoma-allepigenoma-2/;

(4)Mitocondrio e sua genesi: http://www.mitocon.it/?p=22.; http://www.caosmanagement.it/n42/art42_05.html;

(5) SINTESI DI CONOSCENZE ACQUISITE: http://www.salus.it/psichiatria-c40/genetica–epigenetica-eneuroscienze-dalle-molecole-alla-vita-psichica-5846.html

(6) – Metilasi : http://www.pianetachimica.it/mol_mese/mol_mese_2011/07_DNA_metilasi/DNA_metilasi.htm; http://www.istitutopontano.it/files/epigenetica.pdf;

(7) – DNA-ANTENNA- :http://www.edscuola.it/archivio/lre/dna_come_antenna_biologica.htm

((X)) Vedi: http://diazilla.com/doc/148714/limiti-dello-sviluppo-e-collasso-della-biodiversita-degli

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