Sono stati trovati batteri simbiotici che vivono all’interno degli insetti con i genomi più piccoli mai registrati per un organismo vivente, spingendo oltre i confini di ciò che definisce la vita minima. La scoperta mette alla prova la nostra comprensione di come gli organismi possano sopravvivere con materiale genetico gravemente ridotto e solleva interrogativi sul percorso evolutivo dai microbi a vita libera ai componenti cellulari come i mitocondri.
I simbionti ultraridotti
Le cicaline, insetti che si nutrono esclusivamente di linfa vegetale, fanno affidamento su batteri simbiotici per integrare il loro apporto di nutrienti. Nel corso di milioni di anni, questi batteri sono diventati così intrecciati con i loro ospiti da risiedere all’interno di cellule specializzate nell’addome degli insetti, fornendo nutrienti essenziali che gli insetti non possono ottenere dalla loro dieta zuccherina. Come risultato di questa dipendenza, i batteri hanno ridotto drasticamente i loro genomi – l’insieme completo di istruzioni genetiche – a una frazione della loro dimensione originale.
I ricercatori guidati da Piotr Łukasik dell’Università Jagellonica di Cracovia, in Polonia, hanno analizzato il DNA estratto da 149 insetti di 19 famiglie di cavallette. Il team ha sequenziato i genomi di due batteri simbiotici chiave, Vidania e Sulcia, scoprendo che erano incredibilmente piccoli: lunghi meno di 181.000 paia di basi. Al contrario, il genoma umano contiene miliardi di paia di basi. Alcuni ceppi di Vidania misuravano solo 50.000 paia di basi, rendendoli i genomi più piccoli conosciuti per qualsiasi forma di vita, superando il precedente detentore del record, Nasuia.
Il limite della vitalità
Di dimensioni così ridotte – con alcuni ceppi che possiedono solo circa 60 geni codificanti proteine – questi batteri esistono sulla scala dei virus. Per fare un confronto, il genoma del virus dietro COVID-19 è lungo circa 30.000 paia di basi. Ciò solleva una domanda fondamentale: a che punto un microbo altamente ridotto cessa di essere considerato pienamente vivo? La distinzione tra un organismo vivente e un organello, come i mitocondri, diventa sempre più sfumata.
La funzione primaria dei batteri in questa relazione simbiotica è quella di produrre fenilalanina, un amminoacido cruciale per costruire e rafforzare gli esoscheletri degli insetti. Il team di Łukasik teorizza che si verifica una massiccia perdita di geni quando gli insetti acquisiscono fonti di nutrienti alternative o quando ulteriori microbi assumono tali ruoli.
Evoluzione e origini degli organelli
I batteri simbiotici coevolvono con i loro insetti ospiti da circa 263 milioni di anni, evolvendosi in modo indipendente verso un’estrema riduzione del genoma in diversi gruppi di cicaline. Questa traiettoria evolutiva rispecchia le origini dei mitocondri e dei cloroplasti – organelli produttori di energia all’interno di cellule animali e vegetali che discendono da antichi batteri. Questi organelli risiedono anche all’interno delle cellule ospiti e vengono tramandati di generazione in generazione.
Anche se alcuni ricercatori, come Nancy Moran dell’Università del Texas ad Austin, sono aperti a classificare questi batteri altamente ridotti come organelli, permangono delle differenze. I mitocondri sono molto più antichi, essendo emersi oltre 1,5 miliardi di anni fa, e i loro genomi sono ancora più piccoli: circa 15.000 paia di basi. Inoltre, i mitocondri sono distribuiti in tutto l’organismo, mentre questi batteri simbiotici rimangono confinati in cellule specializzate.
Łukasik suggerisce che sia questi batteri che i mitocondri occupano semplicemente punti diversi su un gradiente evolutivo di dipendenza. Sospetta che anche i genomi dei simbionti più piccoli rimangano da scoprire, offuscando ulteriormente il confine tra vita, simbiosi e integrazione cellulare.
