L’adorabile ed enigmatico axolotl (Ambystoma mexicanum), una salamandra neotenica, è in grado di rigenerare molte parti del corpo, compresi arti, organi e persino parti del suo cervello. Gli scienziati sperano che una più profonda comprensione di queste straordinarie capacità possa aiutare a rendere questo tipo di rigenerazione dei tessuti possibile per gli esseri umani.
È stata completata la mappatura del genoma dell’axolotl, cosa che permetterà ai ricercatori di impegnarsi nello svelare il mistero delle singolari capacità di questo animaletto.
Gli Axolotl sono piccole salamandre acquatiche il cui unico habitat naturale è un lago vicino a Città del Messico. Molti animali, come rane, stelle marine e platelminti, sono in grado di rigenerare i tessuti, ma l’axolotl è unico nel suo genere in quanto può rigenerare molte parti del corpo diverse nel corso del suo intero ciclo vitale, compresi arti, coda, cuore, polmoni , occhi, midollo spinale e fino a metà del suo cervello.
I ricercatori dell’Università del Kentucky hanno sequenziato il genoma dell’axolotl, i cui dettagli sono stati pubblicati oggi su Genome Research. Da sola potrebbe non sembrare una scoperta così impressionante, sono molti gli animali il cui genoma è stato sequenziato negli ultimi anni ma le dimensioni e la complessità del genoma dell’axolotl, che consiste in 32 gigabasi o 32 miliardi di coppie di basi, rende questo animaletto veramente particolare.
“Il genoma dell’axolotl è 10 volte più grande del genoma umano ed è diviso in 14 cromosomi. Si può pensare ad esso come a un’enorme tavola da disegno, in cui l’obiettivo finale è creare 14 grandi immagini dai singoli pezzi del puzzle,” ha spiegato Prayag Murawala, genetista presso l’istituto di ricerca di Patologia Molecolare di Vienna che non era coinvolto nuovo studio. “I blocchi costitutivi di questi 14 puzzle possono essere ottenuti con varie tecnologie di sequenziamento. Tuttavia, i risultati del sequenziamento non indicano dove si trova ciascun blocco di base.”
In effetti, il lavoro precedente sul genoma di axolotl ha prodotto un’enorme quantità di dati genetici, ma la sfida è stata nel posizionare correttamente ciascun blocco di puzzle nella posizione corretta. Un genoma deve essere assemblato nell’ordine corretto affinché gli scienziati possano veramente capire come funziona.
Il sequenziamento e l’assemblaggio del genoma sono processi iterativi, secondo Randal Voss, l’autore co-conduttore del nuovo studio e professore presso il Centro di ricerca sul midollo spinale e cerebrale dell’Università del Kentucky. L’anno scorso, la sua squadra raggiunse un punto in cui avevano un numero gestibile di pezzi con cui lavorare, circa 125.000 pezzi di DNA, ma dovevano ancora organizzare questi pezzi in 14 puzzle di DNA lineare estremamente lunghi.
“L’abbiamo fatto utilizzando uno dei concetti più fondamentali nella mappatura della genetica-linkage“, ha detto Voss. “Se trovi che pezzi di DNA tendono ad essere ereditati insieme, allora devono mapparsi l’uno vicino all’altro“.
Per fare l’analisi del legame genetico, Voss ha utilizzato tessuti che sono stati generati e congelati 18 anni fa incrociando axolotls con salamandre tigre. Gli ci sono voluti tre anni per eseguire questi incroci. Le croci di prima generazione sono state realizzate nel 1997 e le croci di seconda generazione sono state realizzate nel 2000. Usando queste croci, Voss, con l’autore co-conduttore Jeramiah Smith, ha identificato le regioni genomiche – nel senso della mappatura del legame – per spiegare alcuni aspetti della crescita e dello sviluppo dell’axolotl.
“Nel 2015, Jeramiah … ha avuto l’intelligente idea di sequenziare il DNA da individui di questi incroci“, ha spiegato Voss, “e costruire una mappa del genoma che permettesse di ordinare i circa 125.000 pezzi di DNA di grandi dimensioni in cromosomi interi. Ha funzionato!”
Ora che i ricercatori hanno un genoma di axolotl quasi completo e ora si può iniziare il lavoro di identificazione dei geni responsabili della rigenerazione dei tessuti nell’axolotl. Così facendo, gli scienziati potrebbero essere in grado di rigenerare il tessuto umano, facilitando la rigenerazione di arti e pelle, la riparazione del midollo spinale e la guarigione degli organi. Lo studio è stato finanziato dal National Institutes of Health degli Stati Uniti e dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti.
“Abbiamo bisogno di tutti i dati per iniziare a capire come queste salamandre sono in grado di rigenerare i tessuti“, ha detto Voss. “Il DOD è interessato a sostenere la ricerca in medicina rigenerativa sull’axolotl, data la sua promessa di rivelare terapie rigenerative di riparazione per le ferite alle dita e alle mani in battaglia. Quella promessa ora è realizzabile con un assemblaggio completo del genoma.”
Murawala è particolarmente eccitato dalle scoperte potenzialmente correlate alla rigenerazione del cuore.
“Gli Axolotl sono noti per la loro capacità di rigenerare i loro cuori, è possibile asportare fino al 30 percento del loro cuore che poi si rigenera senza difetti o cicatrici.”
Durante la loro ricerca, Voss e Smith hanno anche scoperto un axolotl mutante che non era in grado di riparare il suo cuore. Ciò ha portato all’identificazione di una mutazione nel suo gene tnnt2 . L’identificazione di questo gene, insieme ad altre aree di generazione dell’axolotl, consentirà in futuro agli scienziati di identificare “i blocchi rigenerativi nei mammiferi“, come dice Murawala.
Jessica Whited, un assistente professore presso il Dipartimento di cellule staminali e biologia rigenerativa dell’Università di Harvard, ha descritto il nuovo lavoro come uno “studio di riferimento” che, di per sé, è una risorsa preziosa, ma serve anche come un’importante proof-of-concept per ricerca genetica sugli axolotl.