Lezioni Reggine

Sabato 21 marzo 2009 – Salone dei Lampadari Palazzo San Giorgio

Calogero Ciaccio -  Ematologo della Banca cordone ombelicale di Sciacca

Michela Gesù - Biologa della Banca cordone ombelicale di Sciacca

Umberte Vitale - Ingegnere biomedico del Politecnico universitario di Milano

Il DNA di una popolazione può cambiare per induzione ambientale. Il cambiamento è specifico per la causa che l’ha determinato e viene trasmesso ai discendenti con una frequenza maggiore rispetto a quanto avviene in un ambiente stabile.

Quattro anni fa, nella Banca del Cordone Ombelicale di Sciacca, Ciaccio e Gesù per studiare i rapporti fra DNA ed ambiente hanno indirizzato i loro studi verso quella parte di DNA (Sistema HLA ) che negli organismi umani tiene i rapporti con l’ambiente, perché, secondo Michela Gesù, è proprio questo il DNA che subisce le pressioni ambientali. La tipizzazione HLA nella Banca di Sciacca  viene eseguita di routine per identificare il codice genetico dei donatori di Midollo e delle Unità di Sangue placentare, raccolte in tutti gli Ospedali Siciliani, al fine di trovare i donatori compatibili per i malati in attesa di trapianto di Midollo. La ricerca, iniziata con la valutazione dei risultati di 10.000 tests già effettuati nella Banca  per finalità trapiantologiche, ha  subito evidenziato la grande eterogeneità del sistema HLA della popolazione siciliana. A Messina, una molecola codificata da questo DNA, chiamata HLA-DR11, è presente nel 54% della popolazione, a Caltanissetta nel 44% e a Trapani solo nel 38% (Fig.1)

Fig.1 Frequenza di HLA-DR11 nella popolazione siciliana e calabrese

Queste differenze sono in contrasto con la legge di Hardy-Weimberg secondo la quale, in assenza di pressioni evolutive e di forti migrazioni, le caratteristiche genetiche, in una popolazione in cui gli accoppiamenti avvengono a caso, tendono a rimanere omogenee, anche nelle diverse generazioni. Così è avvenuto, secondo gli studiosi sardi, in Sardegna dove il sistema HLA della popolazione è molto omogeneo perché, questa regione, non è stata invasa da popoli stranieri e pertanto la sua popolazione è rimasta sempre isolata. La  Sicilia al contrario, ha subito nel passato molte invasioni che, però, non spiegano le grandi differenze del sistema HLA, perché la mappa della molecola HLA-DR11 non è sovrapponibile a quella degli invasori. A questo punto è nata la curiosità di verificare se a Reggio Calabria la frequenza di HLA-DR11 fosse uguale a quella di Messina e la sorpresa è stata grande quando è stato constatato che non solo Reggio e Messina hanno la stessa frequenza, ma anche Vibo Valenzia e Caltanissetta e così pure Cosenza e Trapani.
Alla luce di questi dati è apparso chiaro che le popolazioni di territori equidistanti dallo Stretto, sia che si trovino in Sicilia o in Calabria, hanno in comune la stessa frequenza  di una caratteristica del DNA; così come non ci sono stati più dubbi sul fatto che il punto di maggiore frequenza del DR11, o se vogliamo l’epicentro di HLA-DR11, se così si può dire, è fra Scilla e Cariddi. Lo Stretto di Messina, dunque, potrebbe essere l’epicentro di un  evento che ha indotto il DNA a modificarsi. Il pensiero  è andato subito al terremoto del  1908 che ha distrutto Messina e gran parte di Reggio e l’intuizione ha trovato riscontro nella perfetta sovrapponibilità della mappa  che raffigura le onde sismiche  del terremoto del 1908 con la carta costruita con le frequenze di HLA-DR11 nel territorio siciliano e calabrese (Fig. 2 ).

Probabile evento induttore, secondo Francesco Italiano dell’Istituto di Geofisica e Vulcanologia dell’Università di Palermo, potrebbe essere la  Radioattività che  a Reggio e a Messina ha valori 200 volte superiori rispetto a Trapani ( Fig.3).

La mappa genetica, stavolta, ne ha trovata un’altra  con cui è perfettamente sovrapponibile: quella della Radioattività che si è liberata e continua a liberarsi dalle fessure del terreno che sono state aperte dal sisma.
Presto saranno riesumati i resti ossei di 300 salme seppellite nel cimitero di Messina in data antecedente al terremoto del 1908.  I Carabinieri del Reparto Investigazioni Scientifiche di Messina ( R.I.S. ) eseguiranno l’estrazione del DNA e  la dott.ssa Michela Gesù, nei laboratori di Biologia Molecolare del Bioscience Institute  di San Marino, eseguirà il test del DNA. Il dott. Pietro Villari  dell’International Centre of Higher Education and Research in Archaeology (ICHERA), farà la riesumazione dei resti ossei di 200 animali deceduti in data anteriore al terremoto, mentre il dott. Fabrizio Vitale e il dott. Stefano Reale dell’Istituto Zooprofilattico di Palermo eseguiranno l’estrazione del DNA con il relativo test, al fine di capire se anche il DNA degli animali si è modificato in seguito all’esposizione ad elevate concentrazioni di Radon. Il dott. Andrea Billi dell’Università Roma 3,   determinerà le concentrazioni del Radon nell’ambiente, prima e dopo il terremoto,  ed  infine il dott. Francesco Italiano dell’Istituto di Geofisica e Vulcanologia di Palermo effettuerà le misurazioni della Radioattività nel territorio siciliano e calabrese.       
Se la teoria è giusta, nei messinesi, deceduti prima del terremoto,  la frequenza della molecola HLA-DR11 dovrà  risultare molto più bassa di quella attuale; Il test del DNA verrà eseguito anche a 300 discendenti di messinesi emigrati  negli Stati Uniti subito dopo il sisma e, anche in questo caso, la frequenza della molecola HLA-DR11 dovrà essere più bassa  di quella riscontrata in coloro che sono rimasti a Messina. Inoltre con gli studi familiari si cercherà di dimostrare se  a Messina e a Reggio, nella popolazione esposta all’evento nocivo, siano nati con HLA-DR11  più bambini di quelli attesi. Infatti una frequenza  così alta  nella popolazione attuale di Messina e Reggio non si può spiegare con la selezione naturale che avrebbe  causato la morte dei soggetti che erano privi di questa molecola, e il concentramento di quelli che invece ne erano dotati, perché i dati sulla vita media e sulla mortalità della popolazione messinese e calabrese dimostrano che non ci sono differenze con  la popolazione dei territori vicini, in cui non c’è stato aumento della frequenza di HLA-DR11. Piuttosto è possibile immaginare che  sarebbero nati più bambini  dotati di questa molecola  perché, nel periodo in cui l’ambiente ha esercitato una forte pressione sul sistema HLA e l’ha indotto ad una sua maggiore espressione, i gameti che ne erano dotati sarebbero stati avvantaggiati rispetto a quelli che ne erano privi. Infatti, nel territorio di Messina, dalle coppie in cui un solo genitore aveva, allo stato eterozigote, la specificità HLA- DR11, sono nati con questa caratteristica il 72% dei figli, mentre l’attesa era soltanto del 50%. In tal senso la talassemia e la malaria offrono un modello che si presta molto bene a sostegno dell’ipotesi che non sia soltanto  la selezione naturale a determinare  l’incremento del numero dei soggetti protetti.  Da quando Haldane, nel 1949, ha suggerito l’ipotesi che lo stato di portatore di talassemia  protegge dalla malaria, molti ricercatori hanno attribuito a tale condizione il riscontro,  nel bacino del Mediterraneo, di alte frequenze di portatori nelle pianure e nelle valli infestate dal parassita e di basse frequenze in montagna dove invece la malaria è assente. Anche i dati della provincia di Agrigento, dove da circa  venti anni vengono sottoposte a screening per la talassemia tutte le coppie  che frequentano i corsi  di preparazione al matrimonio, dimostrano  che  la frequenza dei portatori è più alta in pianura e sulle sponde dei fiumi, dove raggiunge  il 9%, piuttosto che in montagna, dove non supera il 3%. Secondo Ciaccio e Gesù , l’aumento della frequenza  dei portatori di talassemia, nelle zone infestate dalla malaria, si potrebbe spiegare non solo, con la selezione naturale che causa  la morte dei non protetti, ma soprattutto, con la nascita di un maggiore numero  di soggetti portatori, come dimostrerebbero i recenti studi familiari sulle coppie con un solo genitore eterozigote per betatalassema che, nel periodo della epidemia malarica, hanno generato un numero di portatori nettamente superiore alle aspettative ( 75% contro 50% ) Fig 4.

Questo dato, oltre a dare sostegno all’ipotesi che, nel momento del bisogno, nascono più soggetti protetti, come sarebbe accaduto anche a Messina  con HLA-DR11, farebbe pensare ad una maggiore fertilità del gamete che possiede il gene che  assicura protezione.  Altri dati suggeriscono, inoltre, che questo meccanismo sarebbe in grado di disattivarsi quando si riduce la pressione ambientale; questo potrebbe essere accaduto nella popolazione dello Stretto di Messina dove la percentuale della molecola HLA- DR11, nelle Unità di Sangue placentare dei bambini nati negli ultimi cinque anni, si è ridotta di ben sette punti rispetto al valore riscontrato nei Donatori di Midollo che hanno l’età media di quaranta anni. La conferma si potrà avere quando avremo le concentrazioni del Radon nell’atmosfera, sia alla data del terremoto che nelle epoche successive, fino ai tempi nostri.
Ciaccio e Gesù concludono sostenendo che il DNA di una popolazione può essere indotto dall’ambiente a modificarsi per assicurare protezione agli organismi che devono vivere in quel periodo e in quelle condizioni. Il cambiamento è specifico per la causa che l’ha determinato e, per tutto il periodo del bisogno, viene trasmesso ai discendenti con una frequenza superiore rispetto a quanto avviene in un ambiente  stabile.

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

1. Si potrebbe immaginare che il sistema HLA di una popolazione non sia stabile nel tempo, ma sia indotto a diventare il più adatto per la popolazione che deve vivere in quel territorio e in quel periodo; si potrebbe inoltre pensare che nella composizione del sistema HLA di una popolazione abbiano un ruolo importante non solo la genetica, la selezione naturale, le mutazioni spontanee e i flussi migratori, ma anche l’induzione ambientale che porterebbe, in tempi brevi, all’espressione delle caratteristiche genetiche più vantaggiose per la popolazione.
2. Sotto la spinta di una forte pressione ambientale, il DNA degli organismi è indotto a modificarsi per adeguare la sua funzione e la sua struttura ai cambiamenti dell’ambiente;
3. Il nuovo DNA  viene trasmesso ai discendenti con una frequenza notevolmente superiore rispetto a quanto previsto dalle leggi che regolano la trasmissione dei caratteri genetici in un ambiente stabile.
4. In una situazione di bisogno urgente e perseverante, il gene che deve assicurare protezione, si trova fortemente espresso.
5. Il gamete che riceve questo   gene,  potrebbe disporre di un meccanismo  che attraverso la produzione di un RNA gli consente di avere una maggiore quantità di energia per essere competitivo nella fecondazione.
6. Il cambiamento indotto dall’ambiente  è specifico per la causa che l’ha determinato e, nelle nuove generazioni, molti più soggetti saranno dotati di tale cambiamento non solo per la selezione naturale, ma per la nascita di un numero maggiore di soggetti dotati di ciò che è più adatto all’ambiente.

Bibliografia

1. L.L. Cavalli Sforza,P Menozzi e A .Piazza.1994.The history and geography of human genes.Princeton University Press. Princeton –New Jersey. (Edizione Italiana Adelphi-Storia e geografia dei geni umani)
2. A. Ammerman e L.L. Cavalli Sforza.1986.La transizione neolitica e la genetica di popolazioni dell’europa. Ed Boringhieri
3. L.L. Cavalli Sforza.1996. Geni, Popoli e Lingue. Adelphi, Milano
4. Bergstrom TF,fmedefson A, Erlich HA et al.Recent origin  of  HLA-Dr B1 alleles and implications for human evolution.Nat Genet, 18,237,1998.
5. Kimura M ( 1968).Evolutionary rate at the molecolar level.Nature 217:624-25
6. Kimura M, Ohta T.( 1973) Mutation and evolution at the molecolar level.( Genetics ( Supll) 73:19-35
7. Ewens WJ ( 1980).Mathematical population genetics.Springer, Berlino.Heidelberg. New York.
8. Kimura M ( 1983). The neutral theory of  molecolar evolution.Cambridge University Press.
9. Kimura M ( 1982) . The neutral theory as a basis for understanding the mechanism of evolution and variation at the molecolar level.In : Kimura ( ed). Molecolar evolution, protein polymorphism and the neutral theory.Japan Sci Soc Press- Tokio/Springer, Berlin pp 3-56.
10. King JL, Jukes TH ( 1969). Non –Darwinian evolution.Scienze 164:788- 798.
11. Neel JV.( 1980).On being headman.Perspec Biol Med 23: 277-294.
12. Post RH. ( 1962). Population differences in vision acuity.Eugen Q9:189-212.
13. Post RH ( 1971) Possible cases of relaxed selection in civilized population.Human Genet 13: 253-284.
14. Vogel F, Kopun M, Rathenberg R ( 1976). Mutation and molecolar evolution.IN : Molecolar anthropology.Goodman M,Tashian RE.Plenum, New York pp 13-33.
15. Zuckerkandl E ( 1976).Evolutionary processes and evolutionary noise at the molecolar level: a selectionist model for random fixations in proteins.J Mol Evol 7: 269-311.
16. Zuckerkandl E ( 1978) Molecolar evolution as a pathway to man.Z Morphol Anthropol 69: 117-142.
17. Mercalli G e Silvestri O ( 1981). Le eruzioni dell’isola di Vulcano, incominciate il 3 agosto 1888 e terminate il 22 marzo 1890.Relazione scientifica, 1981.Ann Uff.Centr. Meteor Geodin. Ital, pt4, vol 10, pp 1-213.
18. Boschi E, Ferrari G, Gasperini E, Guidoboni E,Smriglio G and G Valensise.Catalogo dei Forti Terremoti in Italia dal 461 a.C. al 1980.Istituto Nazionale di Geofisica and S.G.A.-1995.
19. Boschi E, Guidoboni E, Ferrari G, Mariotti D, Valensise G, and Gasperini P. Catalogue of Strong Italian Earthquakes, 461 B.C. to 1997.Istituto Nazionale di Geofisica and S.G.A.-2000
20. Astolfi P., Lisa A.,”Malaria e talassemia: due fattori correlati con la fertilità femminile” 1977