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Come gli agenti patogeni spiegano l’evoluzione umana

NOI E I NOSTRI NEMICI INVISIBILI

All’interno del genoma di alcuni microrganismi patogeni possiamo trovare moltissime informazioni sulla storia, le migrazioni millenarie e la cultura delle popolazioni umane, del passato e non solo.

INTERAZIONE UOMO-PATOGENO

Uno dei fattori determinanti nella selezione tra un agente patogeno e la specie ospite è la compatibilità genetica. Non a caso, le malattie infettive che condividono con noi una storia evolutiva più lunga sono quelle in cui sia l’Uomo che il patogeno sono riusciti ad adattarsi e a co-evolvere: un esempio possono essere la malaria, il colera e la tubercolosi. Dato che l’ipotesi della “Regina Rossa, ideata da L.M. Van Valen nel 1973 e riutilizzata anche da W.D. Hamilton, può essere perfettamente applicata anche per spiegare la corsa agli armamenti che intercorre tra un ospite (animale o vegetale) ed una qualsiasi specie patogena, sembra evidente come tra Uomo e determinati agenti eziologici si sia stabilito un certo equilibrio dinamico. Da un lato l’ospite che cerca di sviluppare strategie difensive in grado di eludere o combattere l’eventuale infezione, dall’altro lato il patogeno, dal canto suo, che deve ingegnarsi sempre di più affinché le sua armi si adattino al meglio alla fisiologia dell’ospite.

Ma nel caso della specie umana questa co-evoluzione (ovvero un processo di evoluzione e adattamento avvenuto in contemporanea tra due specie) è stata molto breve. In certi casi il fatto che ancora oggi (e solo in determinate regioni del pianeta) esistano particolari patologie è il risultato proprio di questa co-evoluzione.

Il vantaggio dell’eterozigosi

Capita spesso infatti che gli umani portatori di un gene difettoso in eterozigosi (solo in un allele) abbiano un vantaggio selettivo rispetto agli individui sani nel sopravvivere a determinante malattie infettive. Ciò porta al mantenimento della variabile genetica potenzialmente mortale nella popolazione dell’ospite poiché questa, appunto, genera un vantaggio selettivo in termini di fitness. Di contro si ha la sopravvivenza anche dell’agente patogeno e, conseguentemente, della patologia da lui causata. Un ospite infettato che sopravvive può comunque consentire al patogeno di diffondersi nel resto della popolazione. Una sorta di: – tu salvi me ed io mantengo te -.

Il caso della malaria e dell’anemia falciforme

A riguardo, forse il caso più noto è quello della malaria: gli eterozigoti per l’anemia falciforme (beta talassemia o anemia mediterranea) mostrano un certo vantaggio nella difesa contro la malaria.

Senza la presenza della malaria, un individuo portatore in eterozigosi di un allele per l’anemia falciforme avrebbe uno svantaggio fisiologico rispetto al resto della popolazione e sarebbe quindi selezionato negativamente (cioè tenderebbe a scomparire nella popolazione). Ma in un contesto ambientale in cui è presente la malaria, questi eterozigoti per l’anemia falciforme hanno un vantaggio rispetto al resto della popolazione e quindi vengono selezionati positivamente.

Non a caso, le aree di maggiore presenza nella popolazione umana dell’anemia falciforme e della malaria sono sovrapponibili (si tratta principalmente di regioni dell’Africa) e ciò è spiegabile da questo stretto rapporto di doppia selezione al quale sono sottoposti l’ospite (l’Uomo) e il patogeno (Plasmodium).

Il motivo alla base di questo vantaggio sta nel fatto che gli individui affetti da anemia falciforme possiedono globuli rossi anormali che non permettono la riproduzione del Plasmodium (quindi pur essendo malati anemici sopravvivono ad un’infezione mortale).

Nei Paesi maggiormente sviluppati dove sono presenti adeguate risorse alimentari, sanitarie ed economiche per le popolazioni umane, molte delle patologie sono state debellate, anche quelle che un tempo erano storicamente molto comuni. Ulteriori conoscenze sull’interazione Uomo-agente patogeno possono contribuire allo sviluppo di nuove terapie sanitarie ma possono anche dirci molto sulla nostra storia evolutiva.

I PRIMI PASSI DELLA CO-EVOLUZIONE

Secondo lo studio di E.K. Karlsson e colleghi, gli agenti infettanti possono essere considerati tra le più potenti forze selettive delle popolazioni umane. In maniera simile alle altre specie animali, Homo sapiens ha dovuto far fronte, durante la sua storia evolutiva e migratoria in tutto il pianeta, alla convivenza e co-evoluzione con numerosi patogeni. La dispersione mondiale e la colonizzazione di nuovi territori ha esposto le popolazioni umane ad un’enorme varietà di malattie infettive per le quali non avevano ancora sviluppato adeguate difese immunitarie. A loro volta gli stessi agenti patogeni hanno dovuto presto adattarsi al “nuovo” ospite umano, dato che in molti originariamente si erano evoluti per infettare o parassitare altre specie, più o meno lontane da quella umane (come quelle di altri Primati). Inoltre molto spesso i vettori che permettono la trasmissione all’Uomo sono gli animali che convivono negli accampamenti umani (come topi, ratti e corvi) oppure gli stessi animali domestici utilizzati da millenni per la protezione delle dimore, per la compagnia, per l’allevamento e per l’agricoltura (cani, gatti, cavalli, ovini, suini, bovini, ecc.)

Ma in che modo gli agenti patogeni sono riusciti a plasmare la nostra storia evolutiva?

La spiegazione è arrivata dagli studi genetici e dall’analisi delle glicoproteine e dei TLRs (Toll Like Receptors), che permettono al sistema immunitario il riconoscimento dei patogeni presenti sulla superficie cellulare degli esseri umani. Il contatto con determinati agenti patogeni nel corso della nostra storia evolutiva potrebbe aver portato ad una selezione dei nostri geni impiegati nella difesa dell’organismo. Quindi, questo potrebbe aver contribuito all’esistenza di determinate patologie psichiatriche tipiche dell’Homo sapiens (come schizofrenia e autismo) causate dal mal funzionamento dei geni che regolano le risposte infiammatorie e immunitarie. In ultimo, non è ancora stato del tutto chiarito se il trascrittoma e proteoma dell’ospite possano svolgere un ruolo importante sulla generazione e sul mantenimento di un ambiente adatto alle popolazioni microbiche (microbioma) che vivono in simbiosi all’interno del nostro organismo.

Attrazione sessuale e repulsione verso i patogeni

In uno studio un po’ datato, pubblicato da S.W. Gangestad e D.M. Buss nel 1993, addirittura viene portata avanti l’ipotesi secondo cui gli agenti patogeni siano riusciti ad influenzare l’evoluzione della mate choice per gli esseri umani. I dati raccolti da numerose culture umane nel mondo hanno infatti evidenziato una possibile correlazione tra l’attrattività fisica verso un potenziale partner umano e la resistenza genetica verso determinati agenti infettivi. Sebbene per gli esseri umani la scelta di un compagno sessuale dipenda da numerosi fattori, come quelli socio-economici e culturali, questi risultati potrebbero avere un senso se paragonati a quanto succede, in maniera del tutto simile, per altre specie animali.

COMPAGNI DI VIAGGIO

Alcuni agenti patogeni sono stati utilizzati per tracciare alcune migrazioni delle popolazioni umane nel corso della loro storia, come la prima uscita degli Homo sapiens dall’Africa oppure l’arrivo nel continente Americano. Secondo lo studio pubblicato nel 2017 da C.J. Houldcroft e colleghi sono le prime malattie infettive insorte nel continente Africano ad essersi mantenute tutt’oggi. Questo perché vi è stato un tempo evolutivo sufficiente affinché l’Uomo potesse sviluppare difese efficaci contro l’agente infettante e il patogeno stesso potesse adattarsi in maniera adeguata all’ospite umano. La formazione di uno stretto legame ospite-patogeno è ciò che consente una co-evoluzione duratura.

Inoltre, siamo quasi certi che molte delle migrazioni e spostamenti sono stati dovuti a forti epidemie che hanno colpito le popolazioni umane in determinati momenti storici ed in particolari aree geografiche.

Come è possibile utilizzare gli agenti patogeni per ricostruire la storia e le nostre migrazioni?

L’estrapolazione del DNA dai reperti archeologici africani antichi (aDNA) e di quello degli antenati dei nostri patogeni (apDNA) è un’impresa ardua, anche per la scarsità delle risorse e per le tecnologie richieste. Gli studi di ricerca tentano di ricostruire gli eventi del passato, stabilendo quanto possano aver influito gli agenti patogeni sulle scelte di spostamenti e migrazioni da territori. Un esempio è quello che riguarda il patogeno Helicobacter pylori, sul quale sono state fatte importanti analisi genetiche di popolazione. Sembra che questo batterio ci accompagni fin dalla comparsa degli esseri umani moderni e che si sia co-evoluto ed adattato a noi in buona parte della nostra storia evolutiva, almeno in quella “recente” (ultimi 60.000 anni). Secondo i ricercatori, le continua presenza di questi patogeni potrebbe aver influito per condurci verso un certo tipo di adattamenti e processi evolutivi, come per esempio nella seconda grande migrazione degli Homo sapiens dall’Africa (52.000 anni fa, circa).

Gli agenti patogeni con una storia evolutiva molto lunga possono raccontarci molto perché nel loro genoma sono presenti frammenti di materiale genetico contenenti informazioni importanti, anche sulla nostra specie. Quelli con un tasso di mutazione più alto invece, come i virus a RNA, possono essere utilizzati per analisi solo sulla storia recente o contemporanea.

La storia del virus HIV

Il virus HIV, agente eziologico dell’AIDS, ha cominciato a diffondersi ufficialmente circa 150 anni fa in Camerun (Africa) con la trasmissione dagli scimpanzé agli esseri umani. In realtà il rapporto tra la nostra specie e il virus HIV potrebbe essere nato centinaia se non anche migliaia di anni prima. Ma è stato necessario un certo tempo evolutivo affinché il patogeno potesse adattarsi all’Uomo e affinché noi potessimo iniziare a sviluppare una qualche forma di difesa immunitaria. La colonizzazione, iniziata alla fine dell’800, ha facilitato la dispersione del virus a livello Europeo e successivamente nel resto del mondo, passando da un caso epidemico ad uno pandemico. Attualmente il virus HIV si è quasi perfettamente adattato alla nostra specie e rappresenta un nemico ancora molto pericoloso e potenzialmente mortale.

Conclusione

Lo studio dei patogeni umani può rivelarci molto di quella che è la storia evolutiva e culturale dell’Uomo. I patogeni ci hanno accompagnato nei nostri lunghi spostamenti e spesso hanno influenzato i nostri comportamenti migratori. Inoltre, hanno operato su di noi una forte selezione genetica e noi, contemporaneamente, abbiamo partecipato con loro a questa lunga ed infinita corsa verso gli armamenti. Le popolazioni umane di un tempo e quelle attuali non possono essere considerate da sole, senza la loro controparte patogena.

Una parte del nostro passato, del nostro presente e, probabilmente, del nostro futuro è scritta nel loro genoma…

BIBLIOGRAFIA

 

A cura di Christian Lenzi. Revisionato da Edoardo Vanetti.

 

Licenza Creative Commons
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About the Author : Christian Lenzi

Biologo Naturalista, sognatore, viaggiatore, affascinato dalla scoperta.

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