Dictyostelidi: amebe sociali (muffe cellulari) — ciclo vitale e ricerca
Dictyostelidi: scopri il ciclo vitale delle amebe sociali, dall’aggregazione allo sporocarpo, e le ricerche su comunicazione cellulare, differenziazione e genetica.
Dictyostelidi (spesso scritti anche "ditostelidi" nei testi più vecchi) sono un gruppo di muffe cellulari melmatiche, comunemente note come "amebe sociali". Si tratta di eucarioti molto particolari: per buona parte del loro ciclo vitale esistono come singole cellule indipendenti, ma quando le condizioni ambientali peggiorano si aggregano e formano un corpo multicellulare che produce spore. Per questo motivo sono organismi che alternano fasi unicellulari e multicellulari.
Ciclo vitale
Da cellule isolate, le amebe si nutrono e si riproducono per divisione cellulare. Il loro nutrimento principale sono i batteri presenti nel terreno (del suolo). Quando il cibo scarseggia, le cellule rilasciano e rispondono a segnali chimici (in particolare l'AMP ciclico) e iniziano a muoversi in modo coordinato. Questo porta alla formazione di una massa mobile detta slug o "lumaca": una struttura pseudoplasmodiale con fronte e retro ben definiti che risponde a luce e differenze di temperatura e può muoversi verso ambienti più favorevoli.
In condizioni appropriate la lumaca subisce la culminazione e si trasforma in uno o più sporocarpi (corpi fruttiferi). Uno o più gambi sostengono palle di spore. Le spore sono cellule dormienti, dotate di pareti protettive resistenti, in grado di sopportare periodi sfavorevoli; quando tornano condizioni migliori germinano e nascono nuove amebe. Durante la formazione del gambo alcune cellule si differenziano in cellule del fusto che vengono sacrificate (morte cellulare programmata) per permettere alle spore di elevarsi e disperdersi.
Alcune specie presentano anche fasi sessuate (formazione di macrocisti) o di encistamento. Un esempio molto studiato è Dictyostelium discoideum, specie modello per la biologia della multicellularità e della comunicazione cellulare.
Meccanismi biologici rilevanti
- Comunicazione chimica: il segnale principale è il cAMP, che guida l'aggregazione per chemotassi e coordina l'espressione genica durante lo sviluppo.
- Differenziazione cellulare: cellule geneticamente identiche possono assumere destini diversi (spora o fusto) in risposta a segnali ambientali e posizionali.
- Morte cellulare programmata: fondamentale per la formazione del gambo e un classico esempio di altruismo cellulare.
- Comportamento sociale: sono studiati fenomeni come il "cheating" (individui che sfruttano gli altri evitando il sacrificio) e meccanismi di riconoscimento del parente per favorire la cooperazione tra conspecifici.
Importanza per la ricerca
Il ditostelio (più correttamente i Dictyostelidi) è stato adottato come organismo modello in biologia molecolare e genetica per diversi motivi pratici e concettuali: sono facili da coltivare in laboratorio, hanno cicli di sviluppo rapidi, sono geneticamente manipolabili e condividono molte vie biochimiche fondamentali con altri eucarioti. La ricerca su questi organismi ha contribuito in modo significativo alla comprensione di processi come la chemotassi, la regolazione dell'espressione genica durante lo sviluppo, l'organizzazione del citoscheletro e i meccanismi di morte cellulare programmata.
Studi su Dictyostelium hanno implicazioni anche per l'evoluzione della multicellularità, per lo studio delle malattie legate alla motilità e all'adesione cellulare e per comprendere come le cellule coordinate prendano decisioni collettive. Il genoma di diverse specie di Dictyostelidi è stato sequenziato, facilitando analisi comparative e studi funzionali mediante mutanti e trasfezioni.
Risorse e banche dati specifiche (ad esempio la dictyBase) raccolgono informazioni genomiche, dati di espressione e strumenti per la comunità scientifica. La letteratura su questi organismi è ampia e in costante crescita, sia per gli aspetti fondamentali sia per potenziali applicazioni biotecnologiche e didattiche.
Una capsula di Petri di Dictyostelium
Ciclo di vita del Diciostelio
Aggregazione in Ditostelio
L'aggregazione delle amebe si basa su una molecola di segnale. Una cellula, la fondatrice della colonia, inizia a secernere il segnale in risposta allo stress. Altre individuano il segnale e rispondono in due modi:
- L'ameba si muove verso il segnale.
- L'ameba secerne più segnale.
L'effetto è quello di trasmettere il segnale attraverso la vicina popolazione di amebe. Si spostano nell'area di massima concentrazione del segnale.
Genoma
L'intero genoma del Dictyostelium discoideum è stato pubblicato su Nature nel 2005. Il genoma aploide contiene circa 12.500 geni su sei cromosomi. Per confronto, il genoma umano diploide ha 20.000-25.000 geni (rappresentati due volte) su 23 coppie di cromosomi.
Riproduzione sessuale
Lo sviluppo sessuale può avvenire quando le cellule ameboidi sono affamate della loro alimentazione batterica e al buio.
L'accoppiamento inizia per gametogenesi. Questo produce piccoli gameti mobili che si fondono a formare una piccola cellula binucleata. Il volume della cellula binucleata aumenta poi per produrre una gigantesca cellula binucleare. Con il procedere della crescita, i nuclei si gonfiano, e poi si fondono formando una vera e propria cellula gigante di zigote diploide. Mentre ciò avviene, le amebe subiscono la chemiotassi verso la superficie della cellula gigante. La cellula gigante dello zigote ingerisce le amebe circostanti e le digerisce. Successivamente lo zigote forma una macrocisti che rimane dormiente per un certo tempo prima della germinazione. Quando la macrocisti germina rilascia molte cellule aploidi ameboidi.
Classificazione
Scoperto per la prima volta in una foresta della Carolina del Nord nel 1935, il Dictyostelium discoideum fu dapprima classificato sotto "funghi inferiori" e più tardi nei regni Protista e Funghi. Negli anni '90, la maggior parte degli scienziati ha accettato la classificazione attuale.
Gli amebozoi sono ora considerati come un clade a livello di regno, essendo più strettamente legati sia agli animali che ai funghi che alle piante.
Organismo ospite modello per la Legionella
Il ditostelio condivide molte caratteristiche molecolari con i macrofagi. I macrofagi sono l'ospite umano della Legionella. La composizione citoscheletrica del D. discoideum è simile a quella delle cellule dei mammiferi. Così sono i processi guidati da questi componenti, come la fagocitosi, il traffico di membrana, il transito endocitico e la cernita delle vescicole. Come i leucociti, il D. discoideum ha la chemiotassi. Quindi, D. discoideum è un sistema modello adatto per vedere l'influenza dei fattori delle cellule ospiti durante le infezioni da Legionella.
Domande e risposte
D: Cosa sono i ditiostelidi?
R: I ditiostelidi sono un gruppo di muffe cellulari, o "amebe sociali".
D: Come si riproducono i ditiostelidi?
R: In tempi difficili, i ditiostelidi si riuniscono per riprodursi come corpo fruttifero, che produce spore con pareti protettive.
D: I ditiostelidi sono organismi unicellulari o multicellulari?
R: I ditiostelidi sono sia unicellulari che pluricellulari. Per gran parte della loro vita, vivono come cellule separate e poi si riuniscono per riprodursi come corpo fruttifero multicellulare.
D: Cosa mangiano i ditiostelidi?
R: I ditiostelidi si nutrono principalmente di batteri del suolo.
D: Cosa succede quando le scorte di cibo si esauriscono per i ditiostelidi?
R: Quando le scorte di cibo si esauriscono, i ditiostelidi si uniscono per formare una specie di lumaca che può rispondere alle differenze di luce e di temperatura e muoversi.
D: Che cos'è uno sporocarpo?
R: Uno sporocarpo è un corpo fruttifero che contiene una o più sfere di spore. Queste spore sono cellule inattive protette da pareti cellulari resistenti e diventano nuove amebe quando è disponibile del cibo.
D: Come viene studiato il dictyostelium?
R: Il Dictyostelium è stato utilizzato come organismo modello nella biologia molecolare e nella genetica, in particolare come esempio di comunicazione cellulare, differenziazione e morte cellulare programmata (apoptosi). La ricerca sul Dictyostelium è disponibile online su dictyBase.
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