Cos’è un organismo modello?
Un organismo modello è una specie molto studiata, ai fini di comprenderne processi e fenomeni biologici generali e se possibile rilevanti anche per l’uomo. Tutto ciò grazie al fatto che durante l’evoluzione diversi meccanismi di base sono stati mantenuti o, per dirla in linguaggio più tecnico, conservati.
Perché il lievito?
I due lieviti più famosi sono Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe, entrambi facenti parte dei funghi ascomiceti. Potremmo chiederci però: a parte la loro rilevanza nei processi produttivi quali le fermentazioni alcoliche di vino e birra, quale vantaggio ha studiare questi lieviti? Ebbene, per quanto semplici e unicellulari, essi sono comunque organismi eucarioti e quindi condividono con noi le strutture e i processi fondamentali di organizzazione cellulare. Secondo, proprio per la loro semplicità sono relativamente facili da mantenere in laboratorio e da studiare.
In particolare, una caratteristica molto sfruttata è la loro capacità di propagarsi sia in forma aploide che diploide. Questi lieviti infatti sono generalmente aploidi e si riproducono per mitosi; possiedono però un locus genetico chiamato MAT che può essere presente alternativamente nella sua forma a o α. Le due “forme sessuali” a e α, possono unirsi a formare uno zigote diploide. Nella sua forma diploide, il lievito può propagarsi tranquillamente fintanto che, se si trova in carenza di nutrienti, produce un asco ed effettua una meiosi con formazione di 4 spore aploidi (rispettivamente due a e due α). Ecco che allora che, in questo processo di sporulazione, è possibile studiare la meiosi e la segregazione di caratteri mendeliani in maniera molto efficiente (figura 1).
Figura 1 – Ciclo riproduttivo aplodiplonte del lievito
La potenzialità della genetica del lievito
Ciò che ha reso celebre il lievito nell’Olimpo degli organismi modello però è indiscutibilmente la sua plasticità genetica e la facilità con cui si possono effettuare screening genetici.
La possibilità di avere un organismo aploide infatti, permette di visualizzare in maniera diretta la funzionalità di un gene: se avviene una mutazione, non c’è una seconda copia a compensare la perdita e quindi il fenotipo è subito rilevabile. Sorge un problema però, com’è intuibile, se le mutazioni vanno a distruggere geni essenziali per la vitalità cellulare.
L’utilizzo di mutanti temperatura sensibili ad esempio, ha permesso di bypassare questa limitazione e ha aperto la strada alla scoperta di meccanismi chiave della regolazione eucariotica, come il ciclo cellulare o il traffico vescicolare. Il vantaggio di questi mutanti temperatura sensibili è quello di possedere alterazioni che destabilizzano la proteina (e quindi la sua funzionalità), ma solo a una temperatura detta non permissiva (in genere attorno ai 35 gradi); mentre a temperatura permissiva (di solito 25 gradi) permettono la crescita anche dei mutanti.
Un’altra tecnica sviluppata in lievito e che ha permesso di scoprire invece svariati network di interazione tra proteine è il cosiddetto doppio ibrido. La possibilità di dividere la maggior parte delle proteine note nei loro domini e produrli poi in fusione senza alterare in modo evidente la loro funzionalità, ha infatti permesso lo sviluppo di questa tecnologia. Utilizzando il dominio di legame al DNA di Gal4 legato a una proteina e il suo dominio attivatore legato ad una seconda proteina, è possibile osservare se queste due proteine interagiscono tra loro; andando a valutare la trascrizione o meno di un gene reporter (figura 2).
Figura 2 – Schematizzazione dell’interazione proteina-proteina alla base della tecnica del doppio ibrido in lievito
Un modello da Nobel…
Semplice ma utile, un modello con cui Randy Schekman e colleghi hanno ottenuto il nobel nel 2013 per la scoperta dei meccanismi di traffico vescicolare. Nobel nel 2001 invece anche per Leland Hartwell grazie alla comprensione di come viene regolato il ciclo cellulare nelle cellule eucariotiche.
Semplice ma potente, un modello con ancora grandi potenzialità, in grado di contribuire ancora alla delucidazione di importanti aspetti biologici. Ecco dunque, per concludere, alcuni ulteriori approfondimenti su di esso:
Yeast as a Model Organism — Yeast: An Experimental Organism for 21st Century Biology — Using yeast in biology — Budding Yeast for Budding Geneticists: A Primer on the Saccharomyces cerevisiae Model System — Il lievito: un organismo modello, Le Scienze — Organismi modello, Zanichelli pdf
Crediti foto:
