Lo studio degli animali resistenti ai danni al DNA potrebbe offrire spunti sulla vulnerabilità umana. L’evento catastrofico alla centrale nucleare di Chornobyl nel 1986 ha reso la vicinanza l’ambiente più radioattivo a livello globale. Nonostante gli abitanti umani siano stati rimossi, una varietà di flora e fauna è riuscita a prosperare nell’area, sopportando i significativi livelli di radiazione che sono rimasti per quasi quarant’anni.
Uno studio guidato da ricercatori della New York University ha scoperto che l’esposizione alla radiazione cronica di Chornobyl non ha danneggiato i genomi dei vermi microscopici che vivono lì oggi, il che non significa che la regione sia sicura, avvertono gli scienziati, ma suggerisce che questi vermi sono eccezionalmente resilienti.
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno scoperto che alcuni animali che vivono nella Zona di Esclusione di Chernobyl, la regione nel nord dell’Ucraina entro un raggio di 30 chilometri dalla centrale, sono fisicamente e geneticamente diversi dai loro omologhi altrove, sollevando interrogativi sull’impatto della radiazione cronica sul DNA.
Sophia Tintori, una ricercatrice post-dottorato nel Dipartimento di Biologia della NYU e prima autrice dello studio, pubblicato sulle Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha affermato: “Chernobyl è stata una tragedia di scala incomprensibile, ma non abbiamo ancora una grande comprensione degli effetti del disastro sulle popolazioni locali. Il cambiamento ambientale improvviso ha selezionato specie o individui all’interno di una specie che sono naturalmente più resistenti alle radiazioni ionizzanti?”
Per approfondire questo, Tintori e i suoi colleghi si sono rivolti ai nematodi, piccoli vermi con genomi semplici e riproduzione rapida, che li rendono particolarmente utili per comprendere fenomeni biologici di base.
“I vermi vivono ovunque e vivono rapidamente, quindi passano attraverso dozzine di generazioni di evoluzione mentre un tipico vertebrato sta ancora mettendo le scarpe”, ha detto Matthew Rockman, professore di biologia alla NYU e autore senior dello studio.
“Sono rimasta sorpresa nel vedere le immagini della zona di esclusione e quanto fosse rigogliosa e invasa dalla vegetazione, non l’avevo mai pensata come brulicante di vita”, ha aggiunto Tintori. “Se voglio trovare vermi particolarmente tolleranti all’esposizione alle radiazioni, questo è un paesaggio che potrebbe aver già selezionato per questo.”
I vermi di Chernobyl
In collaborazione con scienziati in Ucraina e colleghi statunitensi, tra cui il biologo Timothy Mousseau dell’Università della Carolina del Sud, che studia gli effetti delle radiazioni dai disastri di Chornobyl e Fukushima, Tintori e Rockman hanno visitato la Zona di Esclusione di Chernobyl nel 2019 per vedere se la radiazione cronica ha avuto un impatto rilevabile sui vermi della regione.
Con contatori Geiger in mano per misurare i livelli locali di radiazione e dispositivi di protezione personale per proteggersi dalla polvere radioattiva, hanno raccolto vermi da campioni di suolo, frutta in decomposizione e altro materiale organico. I vermi sono stati raccolti da luoghi in tutta la zona con diversi livelli di radiazione, che vanno da livelli bassi paragonabili a quelli di New York City (negligibilmente radioattivi) a siti ad alta radiazione paragonabili allo spazio esterno (pericolosi per gli esseri umani, ma non è chiaro se pericolosi per i vermi).
Dopo aver raccolto i campioni sul campo, il team li ha portati al laboratorio di campo di Mousseau in una ex casa residenziale a Chernobyl, dove hanno separato centinaia di nematodi dal suolo o dalla frutta. Da lì, si sono diretti in un hotel di Kiev dove, utilizzando microscopi da viaggio, hanno isolato e stabilito colture da ogni verme.
Tornati in laboratorio alla NYU, i ricercatori hanno continuato a studiare i vermi, parte dei quali prevedeva il congelamento.
“Possiamo criopreservare i vermi e poi scongelarli per studiarli in seguito. Ciò significa che possiamo fermare l’evoluzione che avviene in laboratorio, qualcosa di impossibile con la maggior parte degli altri modelli animali, e molto prezioso quando vogliamo confrontare animali che hanno vissuto storie evolutive diverse”, ha detto Rockman.
Si sono concentrati sulle analisi di 15 vermi di una specie di nematode chiamata Oscheius tipulae, che è stata utilizzata in studi genetici ed evolutivi. Hanno sequenziato i genomi dei 15 vermi O. tipulae di Chernobyl e li hanno confrontati con i genomi di cinque O. tipulae provenienti da altre parti del mondo.
DNA diverso, ma non a causa delle radiazioni
I ricercatori sono rimasti sorpresi nel scoprire che, utilizzando diverse analisi, non hanno potuto rilevare una firma di danni da radiazione sui genomi dei vermi di Chernobyl.
“Questo non significa che Chernobyl sia sicura, è più probabile che i nematodi siano animali davvero resilienti e possano sopportare condizioni estreme”, ha osservato Tintori. ”Non sappiamo nemmeno quanto tempo ciascuno dei vermi che abbiamo raccolto sia stato nella Zona, quindi non possiamo essere sicuri esattamente di quale livello di esposizione ciascun verme e i suoi antenati abbiano ricevuto negli ultimi quattro decenni.”
Chiedendosi se la mancanza di firma genetica fosse dovuta al fatto che i vermi che vivono a Chernobyl sono insolitamente efficaci nel proteggere o riparare il loro DNA, i ricercatori hanno progettato un sistema per confrontare la velocità con cui le popolazioni di vermi crescono e l’hanno utilizzato per misurare quanto i discendenti di ciascuno dei 20 vermi geneticamente distinti fossero sensibili a diversi tipi di danni al DNA.
Sebbene le linee di vermi fossero diverse l’una dall’altra in quanto bene tolleravano i danni al DNA, queste differenze non corrispondevano ai livelli di radiazione in ciascun sito di raccolta. I loro risultati suggeriscono che i vermi di Chernobyl non sono necessariamente più tolleranti alle radiazioni e il paesaggio radioattivo non li ha costretti ad evolversi.
Cosa possono insegnarci i vermi sulla nostra biologia
I risultati forniscono agli ricercatori indizi su come la riparazione del DNA possa variare da individuo a individuo e, nonostante la semplicità genetica di O. tipulae, potrebbero portare a una migliore comprensione della variazione naturale negli esseri umani.
“Ora che sappiamo quali ceppi di O. tipulae sono più sensibili o più tolleranti ai danni al DNA, possiamo utilizzare questi ceppi per studiare perché diversi individui sono più propensi di altri a subire gli effetti dei cancerogeni”, ha detto Tintori.
Come diversi individui di una specie rispondono ai danni al DNA è una questione importante per i ricercatori sul cancro che cercano di capire perché alcuni esseri umani con una predisposizione genetica al cancro sviluppano la malattia, mentre altri no.
“Pensare a come gli individui rispondono in modo diverso agli agenti dannosi per il DNA nell’ambiente è qualcosa che ci aiuterà ad avere una visione chiara dei nostri fattori di rischio”, ha aggiunto Tintori.
Gli autori aggiuntivi dello studio includono Derin Çağlar e Patrick Ortiz della NYU, Timothy Mousseau dell’Università della Carolina del Sud e Ihor Chyzhevskyi dell’impresa statale specializzata “Ecocentre” in Ucraina. La ricerca è stata finanziata dai National Institutes of Health (ES031364, ES029930, GM141906, P40 OD010440), dalla Damon Runyon Cancer Research Foundation (DRG-2371-19), dalla Samuel Freeman Charitable Trust e dalla Zegar Foundation.