Un nuovo linguaggio universale basato sul genoma delle specie

Linneo addio? Un sistema rivoluzionario per denominare rapidamente tutta la vita sulla Terra

[25 febbraio 2014]

Un team di scienziati del Virginia Tech al quale hanno collaborato anche altri ricercatori statunitensi e francesi, ha pubblicato su PlosOne  “A System to Automatically Classify and Name Any Individual Genome-Sequenced Organism Independently of Current Biological Classification and Nomenclature”, che illustra un nuovo modo di classificare e denominare gli organismi viventi in base alla sequenza del loro genoma, che potrebbe addirittura sostituire la classificazione di Linneo. E creando così  un linguaggio universale che gli scienziati possono utilizzare per comunicare, con una specificità senza precedenti, sulla vita sulla Terra.

I ricercatori ricordano che «Un sistema di classificazione biologica ampiamente accettato e stabile è un prerequisito per le scienze biologiche. Fornisce i mezzi per descrivere e comunicare la vita senza ambiguità».  Ma l’attuale classificazione biologica e la denominazione che utilizzano le specie come unità di base richiedono lunghe e laboriose descrizioni prima che i “nuovi”  organismi scoperti possano essere assegnati ad una specie e ricevere un nome scientifico.

E’ stato Boris A. Vinatzer, del Department of Plant Pathology, Physiology and Weed Science, del Virginia Tech, a sviluppare il nuovo modo di classificare e denominare gli organismi in base alla sequenza del loro genoma, creando così il nuovo linguaggio universale. Il Virginia Tech spiega che Vinatzer ed il suo team suggeriscono «Un nuovo modello di classificazione che cristallizza non solo il modo in cui  identifichiamo gli organismi, ma migliora e aggiunge anche profondità alla convenzione della denominazione sviluppata dal padre del genere, Carl Linneo. Gli scienziati di tutto il mondo hanno utilizzato il sistema creato da Linneo per più di 200 anni».

Vinatzer  sottolinea che «La tecnologia di sequenziamento del genoma è progredita enormemente negli ultimi anni e ora ci permette di distinguere tra tutti i batteri, piante o animali ad un costo molto basso. La limitazione della sistema Linneo è l’assenza di un metodo per denominare gli organismi sequenziati con precisione». Il team del Virginia Tech  non propone di modificare la convenzione della denominazione della classificazione biologica esistente: «Il nuovo sistema di denominazione intende aggiungere ulteriori informazioni per classificare gli organismi all’interno delle specie menzionate ed identificare più rapidamente quelle nuove,  poiché il processo dipende unicamente codice genetico dell’organismo».

Inoltre, un “naming system” basato sul genoma potrebbe essere particolarmente utile per gli operatori della sanità pubblica che vivono in un’epoca di costante allarme per le minacce biologiche.

Vinatzer ha utilizzato il ceppo dell’antrace che è comparso dopo gli attacchi terroristici dell’11 settembre negli Usa come esempio dei limiti del sistema attuale basato sulla tassonomia. L’utilizzo dell’antrace come arma ha scatenato il panico sanitario e ci sono voluti mesi per identificare l’origine del patogeno originale come ceppo Ames. Esistono Più di 1.200 ceppi di antrace, o Bacillus anthracis, ognuno ha un nome arbitrariamente scelto da ricercatori che non serve a chiarire le somiglianze genetiche.  Con lo schema di denominazione sviluppato da Vinatzer, il nome di ogni singolo ceppo di antrace potrebbe contenere le informazioni su quanto sia simile ad altri ceppi. Per esempio, utilizzando la sequenza del genoma del  team di Vinatzer, il ceppo Ames usato nell’attacco bioterroristico potrebbe essere conosciuto come lvlw0x e l’antenato di questo ceppo, conservato all’U.S. Army Medical Research Institute for Infectious Diseases, sarebbero stato conosciuto come lvlwlx. Inoltre, la nuova naming convention può dare ai ricercatori la possibilità di dare un nome ai nuovi patogeni in pochi giorni, non in mesi ed anni, in base alle loro somiglianze con gli agenti patogeni noti.

Al Virginia Tech  spiegano ancora: «Il processo di denominazione proposto inizia con il campionamento e sequenziamento del Dna di un organismo. La sequenza viene poi utilizzata per generare un codice univoco per quell’organismo individuale, sulla base della sua somiglianza con tutti gli organismi precedentemente sequenziati. I vantaggi per il metodo di Vinatzer sul sistema Linneo sono molti. I nomi codificati potrebbero essere permanenti, in contrasto con lo spostamento di nomi tipico nell’attuale sistema di classificazione biologica. I codici possono essere assegnati anche senza l’attuale lungo processo che è richiesto analizzando i tratti fisici di un organismo rispetto ad un altro. Infine, la sequenza potrebbe essere assegnata a virus, batteri, funghi, piante e animali e dovrebbe fornire un sistema di denominazione standard per tutta la vita sulla Terra».

Vinatzer fa l’esempio di un patogeno delle  piante, Ralstonia solanacearum, per far capire quanti cambi di nome possano verificarsi per questo tipo di organismi: «L’agente patogeno ha subito tre cambi di abito e di nome ed originariamente era stato chiamato Bacillus solanacearum, che poi è diventato Pseudomonas solanacearum, Burkholderia solanacearum e quindi si è finalmente potuto fermare a Ralstonia».

Vinatzer aveva già utilizzato con grande successo il sequenziamento del genoma. Nel 2009, insieme all’italiano Giorgio Balestra dell’università della Tuscia, ha tracciato un agente patogeno che stava devastando le coltivazioni di kiwi in tutto il mondo.

Ora il Virginia Tech ha chiesto il brevetto per lo schema di denominazione che Vinatzer ha elaborato insieme a Lenwood Heath, della facoltà di ingegneria del Virginia Tech e di This Genomic Life Inc. che ha la licenza per sviluppare ulteriormente l’invenzione.

Heath è stato il supervisore dello sviluppo della “bioinformatic pipeline” per implementare il sistema ed il suo interesse a collaborare con il team di Vinatzer è dovuto al potenziale per accrescere una comunicazione più accurata sui sistemi biologici tra gli scienziati. «Io lavoro nella computazione, quindi  avere la possibilità di condividere la mia conoscenza ordinando il mondo organico attraverso sequenze numerate di Dna è stato affascinante – ha detto Heath – Il mondo matematico e il mondo vivente sono molto più strettamente legati di quanto pensiamo».