Il genoma dello squalo della Groenlandia: svelato il segreto di 400 anni di vita

Nelle profondità oscure e gelide dell'Oceano Artico, in acque la cui temperatura è prossima allo zero, nuota lentamente una creatura che ha visto il mondo cambiare per secoli. Lo squalo della Groenlandia (Somniosus microcephalus) è il vertebrato con la più lunga aspettativa di vita conosciuta sulla Terra. Stime basate sulla datazione al carbonio del cristallino indicano una durata di vita di 250-400 anni, il che significa che uno squalo che oggi nuota nell'oceano potrebbe essere nato prima della rivoluzione industriale.

Per decenni la domanda è rimasta aperta: come fa una creatura a vivere così a lungo e a non ammalarsi quasi mai di cancro? Ora è arrivato il pezzo mancante del puzzle. Un team internazionale guidato dall'Università di Tokyo ha decifrato il genoma dello squalo della Groenlandia, pubblicando i risultati sulla prestigiosa rivista scientifica PNAS, rivelando per la prima volta gli indizi genetici dietro la sua estrema longevità.

Cos'è lo squalo della Groenlandia e perché è così speciale?

Lo squalo della Groenlandia non è uno squalo comune. Vive lentamente, cresce lentamente e detiene record difficili da comprendere:

• Durata della vita di 250-400 anni, il vertebrato più longevo conosciuto dalla scienza.
• Maturità sessuale intorno ai 150 anni, un'età in cui la maggior parte dei mammiferi non è più in vita da molto tempo.
• Crescita di circa un centimetro all'anno, un tasso di crescita eccezionalmente lento.
• Vive in acque profonde e fredde, fino a 2,6 chilometri di profondità, a temperature prossime al congelamento.
• Quasi non sviluppa tumori cancerosi, nonostante il suo corpo grande e centinaia di anni di divisione cellulare.

Questa combinazione lo rende un modello ideale per lo studio dell'invecchiamento. Quando una creatura possiede trilioni di cellule e le divide per secoli, ogni divisione è un'opportunità per mutazioni e cancro. Tuttavia, lo squalo della Groenlandia riesce a evitarlo, ed è proprio questo che attira l'attenzione degli scienziati.

Il genoma dello squalo della Groenlandia: cosa è stato esattamente decifrato

Il team, guidato dal ricercatore Shigeharu Kinoshita dell'Università di Tokyo e in un articolo scritto da Kaichao Yang e colleghi, ha assemblato il genoma a livello cromosomico. Ecco i numeri chiave:

• Dimensione del genoma: circa 5,9 miliardi di paia di basi, quasi il doppio del genoma umano (circa 3,1 miliardi).
• Completezza dell'assemblaggio del 96,7%, il che significa che quasi tutto il genoma è mappato e ordinato.
• Questo è il primo genoma completo mai assemblato per questa specie.

È importante capire cosa significhi decifrare un genoma completo. Un genoma è il libro di istruzioni biologiche completo di una creatura. Quando si decifra il 96,7% di esso ad alto livello, è possibile confrontarlo con i genomi di altri squali e di altri vertebrati e identificare quali geni sono stati espansi, modificati o potenziati proprio nello squalo della Groenlandia. Queste differenze sono gli indizi per la longevità.

Gli indizi genetici: riparazione del DNA, resistenza al cancro e protezione dall'ossidazione

Qui inizia la parte veramente interessante. L'analisi genetica ha identificato diversi meccanismi che si allineano bene con ciò che sappiamo sulla biologia della longevità. I tre principali sono la riparazione del DNA, la resistenza al cancro e la protezione dal danno ossidativo.

1. Espansione nelle famiglie geniche per la riparazione del DNA

Uno dei risultati più notevoli è l'espansione nelle famiglie geniche correlate alla riparazione del DNA. L'invecchiamento deriva in gran parte dall'accumulo di danni al DNA nel tempo. Ogni giorno, il DNA nelle nostre cellule subisce migliaia di danni da radiazioni, ossidazione ed errori di copiatura. Più efficiente è il sistema di riparazione, più lento è l'accumulo di danni e, con esso, l'invecchiamento. Uno squalo che mantiene un sistema di riparazione potenziato per 400 anni è una prova vivente di questo principio.

2. Geni per la resistenza al cancro

L'analisi ha anche identificato un'espansione nelle famiglie geniche correlate alla resistenza al cancro e alla funzione del sistema immunitario, inclusi i geni nella via di segnalazione NF-kB, una via centrale nella regolazione dell'infiammazione, dell'immunità e della sopravvivenza cellulare. La resistenza al cancro è un tema centrale nella ricerca sulla longevità, e non a caso. Più una creatura è grande e vive a lungo, maggiore è il rischio che una singola cellula accumuli abbastanza mutazioni da diventare cancerosa. Creature longeve come la balena della Groenlandia e anche lo squalo della Groenlandia hanno sviluppato difese genetiche contro questo scenario.

3. Protezione dal danno ossidativo: il gene FTH1b

Un risultato specifico e affascinante è l'espansione drammatica nel gene FTH1b, un gene correlato all'immagazzinamento del ferro all'interno della cellula. Mentre altri squali portano un numero basso di copie del gene, nello squalo della Groenlandia sono state trovate circa 59 copie di FTH1b. Perché è importante?

• Il ferro libero all'interno della cellula è pericoloso: accelera la produzione di radicali liberi che causano danno ossidativo.
• Un immagazzinamento efficiente del ferro riduce la quantità di ferro libero, proteggendo così la cellula dal danno.
• Il gene è anche coinvolto nella regolazione della ferroptosi, un tipo di morte cellulare dipendente dal ferro correlato all'invecchiamento e alle malattie.

In altre parole, lo squalo della Groenlandia ha sviluppato un sistema particolarmente sofisticato per neutralizzare una delle principali cause di usura cellulare nel tempo.

4. Cambiamenti nella proteina istonica H1.0

Inoltre, sono state trovate sostituzioni di amminoacidi nella proteina istonica H1.0. Gli istoni sono le proteine attorno a cui si avvolge il DNA per organizzarsi e conservarsi. Un cambiamento nell'istone H1.0 potrebbe influenzare la stabilità della cromatina, cioè quanto il DNA viene mantenuto ordinato e protetto. La stabilità della cromatina è uno dei segni distintivi dell'invecchiamento, e lo squalo della Groenlandia potrebbe aver trovato un modo per preservarla per secoli.

Come si collega al quadro generale dell'invecchiamento?

La cosa sorprendente dei risultati è che non sono sorprendenti. Ogni meccanismo identificato nello squalo della Groenlandia si allinea con l'elenco dei segni distintivi dell'invecchiamento che gli scienziati hanno mappato nell'ultimo decennio: instabilità genomica, cambiamenti epigenetici, perdita di stabilità della cromatina e danno ossidativo accumulato.

Lo squalo della Groenlandia è essenzialmente una prova evolutiva vivente: la natura, attraverso milioni di anni di selezione naturale, è arrivata alle stesse soluzioni che gli scienziati della longevità cercano di replicare in laboratorio. Ha potenziato la riparazione del DNA, migliorato la protezione dall'ossidazione e rafforzato la resistenza al cancro. Questo è il motivo per cui gli studi su animali longevi, dal pipistrello al topo talpa nudo, sono una miniera d'oro per la ricerca sull'invecchiamento.

Cosa possono imparare gli esseri umani da questo?

Questa è la domanda che tutti si pongono, e qui è necessaria cautela. Il genoma dello squalo della Groenlandia è una bussola, non una ricetta. Non si possono semplicemente prendere i suoi geni e incollarli negli esseri umani. Tuttavia, indica direzioni di ricerca preziose:

• Riparazione del DNA come bersaglio terapeutico: Se capiamo esattamente quali geni sono potenziati nello squalo, possiamo cercare modi per rafforzare percorsi paralleli negli esseri umani.
• Gestione del ferro e danno ossidativo: Il meccanismo FTH1b rafforza l'importanza dell'equilibrio del ferro nel corpo, un argomento già oggi rilevante per la salute e l'invecchiamento.
• Resistenza al cancro: Comprendere la via NF-kB nello squalo potrebbe contribuire in futuro alla ricerca sulla prevenzione del cancro.

Questo significa che vivremo 400 anni?

No. Ed è importante dirlo chiaramente. Decifrare un genoma è un punto di partenza, non un traguardo. Tra l'identificazione di un gene interessante in uno squalo e un trattamento sicuro ed efficace per gli esseri umani, c'è un lungo cammino di anni, e talvolta decenni, di ricerca. Ecco i limiti da tenere a mente:

• I geni operano in un sistema completo: Un singolo gene nello squalo funziona nel contesto di tutta la sua biologia unica, inclusi il freddo e il metabolismo lento. Non si può isolare un singolo gene e aspettarsi lo stesso risultato.
• Metabolismo completamente diverso: Lo squalo della Groenlandia vive in acque profonde e fredde con un ritmo di vita estremamente lento. Parte della sua longevità deriva semplicemente da questo, e non è qualcosa che gli esseri umani possono o vogliono replicare.
• Questa è ricerca di base: Lo scopo dell'articolo era mappare il genoma e identificare candidati, non proporre un trattamento. È una base per la ricerca evolutiva e per studi futuri.
• Non esiste un integratore magico: Se vi imbattete in un prodotto che promette i geni dello squalo della Groenlandia, è marketing, non scienza.

Cosa portare via dalla ricerca?

Anche senza una futura terapia genica, c'è un messaggio pratico. I meccanismi che lo squalo della Groenlandia potenzia naturalmente sono esattamente quelli che possiamo supportare attraverso lo stile di vita:

1. Protezione dal danno ossidativo: Una dieta ricca di antiossidanti naturali dal cibo (frutta, verdura, legumi) supporta la protezione cellulare, lo stesso principio che FTH1b esprime in modo estremo.
2. Mantenere l'equilibrio del ferro: Un eccesso di ferro è correlato al danno ossidativo. Se non soffrite di una carenza diagnosticata, non c'è bisogno di caricare integratori di ferro. Un esame del sangue periodico è meglio di un'ipotesi.
3. Supporto alla riparazione del DNA: Sonno di qualità, evitare fumo ed eccessiva esposizione al sole, e attività fisica, tutti riducono il carico quotidiano di danni al DNA sul corpo.
4. Prevenzione dell'infiammazione cronica: La via NF-kB identificata nello squalo è anche correlata all'infiammazione. Ridurre l'infiammazione cronica attraverso dieta e attività è uno dei migliori investimenti per una longevità sana.

La prospettiva più ampia

Il genoma dello squalo della Groenlandia si unisce a una serie di scoperte entusiasmanti su animali longevi: la balena della Groenlandia che vive oltre 200 anni e quasi non si ammala di cancro, il topo talpa nudo che è eccezionalmente resistente ai tumori, e ora l'antico squalo dell'Artico. Ognuno di loro racconta la stessa storia da una prospettiva diversa: l'invecchiamento non è un destino biologico fisso, ma un processo che la natura ha imparato a ritardare in vari modi.

Non diventeremo squali della Groenlandia. Ma più capiamo come la natura ha risolto il problema dell'invecchiamento in diverse creature, più ci avviciniamo a capire come possiamo aggiungere non solo anni alla vita, ma vita agli anni. Il libro di istruzioni della creatura più antica sulla Terra è ora aperto alla lettura, e questo è solo l'inizio.

Riferimenti:
PNAS - The Greenland shark genome: Insights into lifespan extremes
Live Science - First whole-genome sequence of a Greenland shark