Biologia I

Mendel implicava che solo due alleli, uno dominante e uno recessivo, potevano esistere per un dato gene. Ora sappiamo che questa è una semplificazione eccessiva. Anche se i singoli esseri umani (e tutti gli organismi diploidi) possono avere solo due alleli per un dato gene, a livello di popolazione possono esistere più alleli, così che si osservano molte combinazioni di due alleli. Si noti che quando esistono molti alleli per lo stesso gene, la convenzione è di indicare il fenotipo o genotipo più comune tra gli animali selvatici come il tipo selvatico (spesso abbreviato “+”); questo è considerato lo standard o la norma. Tutti gli altri fenotipi o genotipi sono considerati varianti di questo standard, il che significa che deviano dal tipo selvatico. La variante può essere recessiva o dominante rispetto all’allele wild-type.

Un esempio di alleli multipli è il colore del pelo nei conigli (Figura 1). Qui esistono quattro alleli per il gene C. La versione wild-type, C+C+, è espressa come pelo marrone. Il fenotipo chinchilla, cchcch, è espresso come pelliccia bianca con punta nera. Il fenotipo himalayano, chch, ha il pelo nero alle estremità e bianco altrove. Infine, il fenotipo albino, o “incolore”, cc, è espresso come pelo bianco. In caso di alleli multipli, possono esistere gerarchie di dominanza. In questo caso, l’allele wild-type è dominante su tutti gli altri, chinchilla è incompletamente dominante su Himalayan e albino, e Himalayan è dominante su albino. Questa gerarchia, o serie allelica, è stata rivelata osservando i fenotipi di ogni possibile prole eterozigote.

Figura 1. Esistono quattro diversi alleli per il gene del colore del mantello del coniglio (C).

Figura 2. Come si vede nel confronto tra la Drosophila wild-type (a sinistra) e il mutante Antennapedia (a destra), il mutante Antennapedia ha le gambe sulla testa al posto delle antenne.

La completa dominanza di un fenotipo wild-type su tutti gli altri mutanti si verifica spesso come un effetto di “dosaggio” di un prodotto genico specifico, in modo tale che l’allele wild-type fornisce la corretta quantità di prodotto genico mentre gli alleli mutanti non possono. Per la serie allelica nei conigli, l’allele wild-type può fornire un determinato dosaggio di pigmento della pelliccia, mentre i mutanti forniscono un dosaggio minore o nessuno. È interessante notare che il fenotipo himalayano è il risultato di un allele che produce un prodotto genico sensibile alla temperatura che produce pigmento solo nelle estremità più fredde del corpo del coniglio.

In alternativa, un allele mutante può essere dominante su tutti gli altri fenotipi, incluso il wild type. Questo può accadere quando l’allele mutante in qualche modo interferisce con il messaggio genetico in modo che anche un eterozigote con una copia dell’allele wild-type esprime il fenotipo mutante. Un modo in cui l’allele mutante può interferire è potenziando la funzione del prodotto genico wild-type o cambiando la sua distribuzione nel corpo.

Un esempio di questo è la mutazione Antennapedia in Drosophila (Figura 2). In questo caso, l’allele mutante espande la distribuzione del prodotto genico, e come risultato, l’eterozigote Antennapedia sviluppa gambe sulla testa dove dovrebbero esserci le antenne.

Alleli multipli conferiscono resistenza ai farmaci nel parassita della malaria

La malaria è una malattia parassitaria negli esseri umani che viene trasmessa da zanzare femmina infette, tra cui Anopheles gambiae (Figura 3a), ed è caratterizzata da febbri cicliche elevate, brividi, sintomi simili all’influenza e grave anemia. Il Plasmodium falciparum e il P. vivax sono gli agenti causali più comuni della malaria, e il P. falciparum è il più letale (Figura 3b). Se trattata prontamente e correttamente, la malaria da P. falciparum ha un tasso di mortalità dello 0,1%. Tuttavia, in alcune parti del mondo, il parassita ha sviluppato una resistenza ai trattamenti per la malaria comunemente usati, quindi i trattamenti malarici più efficaci possono variare a seconda della regione geografica.

Figura 3. La (a) Anopheles gambiae, o zanzara africana della malaria, funge da vettore nella trasmissione all’uomo del parassita che causa la malaria (b) Plasmodium falciparum, qui visualizzato usando la microscopia elettronica a trasmissione in falso colore. (credito a: James D. Gathany; credito b: Ute Frevert; falso colore di Margaret Shear; dati a barre in scala di Matt Russell)

Nel sud-est asiatico, in Africa e in Sud America, P. falciparum ha sviluppato resistenza ai farmaci antimalarici clorochina, meflochina e sulfadoxina-pirimetamina. P. falciparum, che è aploide durante la fase di vita in cui è infettivo per gli esseri umani, ha evoluto molteplici alleli mutanti resistenti ai farmaci del gene dhps. Vari gradi di resistenza alla sulfadoxina sono associati a ciascuno di questi alleli. Essendo aploide, P. falciparum ha bisogno di un solo allele resistente ai farmaci per esprimere questo tratto.

Nel sud-est asiatico, diversi alleli resistenti alla sulfadossina del gene dhps sono localizzati in diverse regioni geografiche. Questo è un fenomeno evolutivo comune che si verifica perché i mutanti resistenti ai farmaci sorgono in una popolazione e si incrociano con altri isolati di P. falciparum nelle immediate vicinanze. I parassiti resistenti alla sulfadoxina causano notevoli difficoltà umane nelle regioni in cui questo farmaco è ampiamente utilizzato come rimedio da banco contro la malaria. Come è comune con gli agenti patogeni che si moltiplicano in grandi numeri all’interno di un ciclo di infezione, P. falciparum si evolve relativamente rapidamente (in un decennio circa) in risposta alla pressione selettiva dei farmaci antimalarici comunemente usati. Per questo motivo, gli scienziati devono costantemente lavorare per sviluppare nuovi farmaci o combinazioni di farmaci per combattere l’onere mondiale della malaria.

Alleli multipli (tipi di sangue ABO) e quadrati di Punnett