Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

Ogni animale con una colonna vertebrale dotato di mascelle possiede un sofisticato sistema di sicurezza interno progettato per riconoscere gli invasori. Al cuore di questo sistema risiede un set specifico di geni noto come Complesso Maggiore di Istocompatibilità. Pensate a questi geni come ai progetti per un set di distintivi di identificazione indossati sulla superficie delle cellule. Questi distintivi espongono piccoli frammenti di proteine, agendo come un registro visivo che dice al sistema immunitario se una cellula è una parte sana del corpo o un intruso estraneo che trasporta un virus o un batterio. Se il sistema immunitario riconosce il distintivo come estraneo, lancia un attacco per eliminare la minaccia. Poiché il mondo dei patogeni è in costante mutamento, questi distintivi di identificazione devono essere incredibilmente diversificati. Se ogni individuo di una specie avesse esattamente gli stessi distintivi, una singola nuova malattia potrebbe sterminare l'intera popolazione. Inveve, la natura favorisce una vasta gamma di design di distintivi, assicurando che almeno alcuni individui siano sempre in grado di riconoscere e combattere nuove minacce.

Mentre gli scienziati hanno studiato in dettaglio questi sistemi genetici per gli esseri umani e gli animali da allevamento come i polli, il piccione domestico è rimasto un mistero in questo senso. Questi uccelli sono ovunque nelle nostre città, eppure la loro specifica genetica immunitaria non è stata mappata accuratamente. Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di colmare questa lacuna esaminando i geni immunitari dei piccioni selvatici che vivono in cinque grandi città della Polonia. Si sono concentrati su una parte specifica del sistema immunitario responsabile della lotta contro i patogeni extracellulari, osservando da vicino quanti esemplari di questi geni possiede ogni uccello e quanta varietà esiste all'interno di tali copie. Il loro lavoro rivela che questi comuni uccelli cittadini possiedono un'architettura genetica più complessa di quanto precedentemente ipotizzato, con individui che portano diversi numeri di copie di geni immunitari e mostrando modelli distinti di evoluzione tra due antiche famiglie geniche.

I ricercatori hanno catturato 200 piccioni a Danzica, Cracovia, Łódź, Varsavia e Wrocław, raccogliendo piccoli campioni di sangue da ogni uccello. Hanno poi utilizzato il sequenziamento del DNA avanzato per esaminare due specifiche linee di geni immunitari, note come DAB1 e DAB2. Queste sono versioni antiche della stessa famiglia genica che sono state preservate attraverso le specie di uccelli per milioni di anni. Il team non si è limitato a contare quante diverse versioni di questi geni esistessero; ha anche cercato di capire quante copie di ciascun gene fossero presenti nel DNA di un singolo uccello. Questo è un compito difficile perché i test standard del DNA spesso faticano a distinguere se un uccello abbia una copia di un gene o diverse, specialmente quando quelle copie sono molto simili. Analizzando attentamente i pattern delle sequenze genetiche, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire la probabile composizione genetica di ogni uccello.

Hanno scoperto che i piccioni portavano una quantità moderata di varietà nei loro geni immunitari. Nell'intero gruppo, il team ha identificato 19 diverse versioni del gene DAB1 e 24 diverse versioni del gene DAB2. Tuttavia, la scoperta più sorprendente non è stata solo la varietà, ma il numero di copie. La maggior parte degli uccelli sembrava avere una singola copia di ciascuna linea genica, che è l'aspettativa standard. Ma un numero significativo di individui portava copie extra. Alcuni uccelli avevano tre copie del gene DAB1, e altri fino a tre copie del gene DAB2. Ciò significa che, all'interno della stessa specie, diversi uccelli possiedono diversi numeri di questi critici geni immunitari. I ricercatori hanno determinato che queste copie extra non erano errori casuali, ma facevano parte di specifici pacchetti genetici, o aplotipi, che alcuni uccelli avevano ereditato. Infatti, hanno scoperto che alcuni piccioni portavano un pacchetto genetico con una singola copia del gene e un altro pacchetto con tre copie del gene, risultando in un totale di quattro copie in quell'individuo.

Lo studio ha anche rivelato che queste due antiche linee geniche, DAB1 e DAB2, si stanno evolvendo in modi diversi. Sebbene siano correlate, hanno intrapreso percorsi distinti. La linea DAB2 ha mostrato un segnale più forte di selezione diversificante, ovvero la pressione evolutiva che mantiene il sistema immunitario in continua evoluzione per riconoscere nuovi patogeni. Ciò suggerisce che DAB2 sia sotto un'intensa pressione per rimanere diversificata e adattabile. Al contrario, la linea DAB1 ha mostrato un segnale più forte di ricombinazione, un processo in cui il materiale genetico viene scambiato tra le copie per creare nuove combinazioni. Ciò indica che DAB1 si affida maggiormente allo rimescolamento del materiale genetico esistente per creare varietà, mentre DAB2 si affida all'accumulo di nuovi cambiamenti. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che le copie extra dei geni nei piccioni non erano altamente diversificate; tendevano a essere molto simili alla copia principale, suggerendo che fossero aggiunte relativamente recenti al genoma che non avevano ancora avuto il tempo di sviluppare le proprie identità uniche.

Questi risultati suggeriscono che la variazione nel numero di copie dei geni immunitari non è un raro incidente, ma potrebbe essere una caratteristica comune negli uccelli. Il fatto che questa variazione esista nei piccioni selvatici, che hanno una lunga storia di convivenza con gli esseri umani e di adattamento agli ambienti urbani, evidenzia la complessità dei loro sistemi immunitari. I ricercatori hanno notato che la diversità genetica complessiva in questi piccioni era relativamente bassa, il che si allinea con quanto noto sulla loro storia di addomesticamento e colli di bottiglia della popolazione. Nonostante questa minore diversità, la presenza di molteplici copie geniche in alcuni individui aggiunge un livello di complessità che potrebbe aiutarli a sopravvivere in ambienti urbani ricchi di patogeni. Lo studio conclude che il piccione domestico è un modello prezioso per comprendere come evolvono i sistemi immunitari, in particolare riguardo a come la duplicazione genica e la variazione contribuiscono alla capacità di combattere le malattie. Rivelando che questi comuni uccelli portano diversi numeri di geni immunitari, la ricerca apre la porta a ulteriori indagini su come queste differenze genetiche influenzino la salute sia degli uccelli che degli esseri umani che vivono vicino a loro.