Tradotto da Monica Menesini.
Gli strumennti disponibili online possono essere usati per confrontare le sequenze proteiche e capire come si sono evoluti organismi diversi.
citocromo C
Immagine gentilmente
concessa da Klaus
Hoffmeier / Wikimedia
commons
Nel passato, gli scienziati conducevano le analisi evoluzionistiche confrontando le caratteristiche fisiche delle specie – cioè i fenotipi – rilevabili dai reperti fossili. Tutto è cambiato da quando è stato scoperto l'orologio molecolare.
Il concetto di orologio molecolare discende dall'osservazione che quanto più lungo è il tempo trascorso dalla divergenza di due specie rispetto all'antenato comune, tanto maggiori saranno le differenze tra i loro DNA e le loro proteine (per una revisione, vedere Bromham & Penny, 2003).
Confrontando geni o sequenze proteiche omologhe – in altre parole, le sequenze provenienti da due organismi con un antenato comune – possiamo misurare quanto tempo è trascorso da quando le due linee si sono separate. Per visualizzare questo processo si utilizza un albero filogenetico.
Per esaminare la similitudine tra due geni, bisogna conoscere le loro sequenze ed allinearle correttamente (Kozlowski, 2010). Ottenere queste sequenze non è più difficile come lo era una volta.
I vostri studenti probabilmente vi hanno detto che su Internet c’è tutto – questa volta hanno ragione. Ci sono molti esempi di database biologici liberamente accessibili su Internet e contenenti dati provenienti dalla vera ricerca; per questa attività utilizzeremo due risorse.
Il Centro Nazionale per l'Informazione Biotecnologica(NCBI)w1 di Bethesda, MD, USA, permette l'accesso ad informazioni biomediche e genomiche, mentre l'Istituto Europeo di Bioinformatica (EBI)w2, con sede a Hinxton, UK, fornisce dati liberamente accessibili provenienti da esperimenti biologici e conduce ricerca di base in biologia computazionale. Il database dell'NCBI vi fornirà le sequenze di ogni gene o proteina che sia stato sequenziato, dopodiché potrete usare gli strumenti messi a disposizione dall'EBI per allineare le sequenze ed esaminarle.
Quando si ricercano le relazioni evolutive fra organismi diversi, è importante scegliere attentamente il gene o la proteina da usare. Esistono ben noti geni omologhi che possono essere usati, come quelli che codificano per le proteine emoglobina e citocromo C, ed in questa attività useremo quest'ultimo. Il citocromo C é una piccola proteina eme che fa parte della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri. Tutti gli organismi aerobi si sono evoluti da un progenitore comune che utilizzava il citocromo C, quindi questa proteina è una buona scelta per il nostro scopo.w3.
Questa attività si svolge in tre fasi:
Al termine vengono sottoposte alcune domande per guidare la ricerca delle relazioni evolutive.
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Il software Clustal Omega ha molte altre opzioni che richiedono competenze matematiche più sofisticate. Se volete approfondire l'uso di Clustal Omega, potete leggere l'articolo di Sievers et al. (2011)
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Cladogramma: un diagramma ramificato che mostra le relazioni evolutive tra specie, con lunghezze arbitrarie dei rami.
Sequenza consenso: Un set noto di sequenze conservate, o l'ordine calcolato degli aminoacidi trovati più di frequente in ogni posizione di un allineamento.
Aminoacidi conservati: una sequenza di aminoacidi in un polipeptide che è simile in diversi organismi.
FASTA: formato di testo per rappresentare sequenze nucleotidiche o peptidiche usando un codice a lettera singola. Una sequenza in FASTA inizia con una riga per la descrizione, seguita da righe di dati relativi alla sequenza. La riga di descrizione si distingue dalle altre per il segno maggiore di (>).
Proteina omologa: proteina condivisa tra diverse specie e derivante da un antenato comune.
Albero filogenetico: un diagramma ramificato che mostra le relazioni evolutive tra specie, nel quale la lunghezza dei rami indica la differenza tra due proteine o geni.
Evento di speciazione: il momento in cui da una specie ancestrale divergono due specie diverse.
L'autore desidera ringraziare la sua collega María Isern per la revisione grammaticale dell'articolo.