Mappatura del comportamento, della salute e del patrimonio del tuo cane

Era un paio di genetisti di piante che iniziarono a mappare il DNA dei cani.

Immagina che ci sia un gruppo di scienziati che stanno cercando di costruire una mappa del tesoro dagli indizi a loro disposizione. Tuttavia, in modo molto diverso dalle tipiche storie d’avventura, per alcuni scienziati non è il tesoro a essere importante, ma piuttosto la mappa stessa. Questa nuova classe di cartografi sono genetisti, che non stanno mappando territori o qualsiasi tipo di geografia, ma che stanno mappando il tuo cane. La mappa che stanno facendo è una mappa storica che può tracciare l’evoluzione di un cane da un antico lupo ancestrale a un moderno Labrador retriever. È anche una mappa del

Fonte: SC Psychological Enterprises ltd

posizioni di geni che innescano malattie canine ereditarie. Questa mappa può anche trovare la fonte di particolari tendenze comportamentali. Inoltre, come bonus speciale, questa mappa può aiutare a guarire gli umani. È una mappa del DNA del cane, e quella mappa è chiamata “genoma canino”.

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Il Canine Genome Project è una grande impresa che continua a crescere di dimensioni. Il materiale genetico del cane è conservato in 39 coppie di cromosomi, ciascuno formato da fili intrecciati di DNA. La molecola del DNA ha la forma di una scala, con ciascun gradino della scala costituito da una coppia di sostanze chimiche di base. È ragionevole pensare a questi “pioli” come se fossero le lettere di un alfabeto che spiegano la composizione genetica di un cane. Il tentativo di interpretare il messaggio nel DNA canino ha già coinvolto più di due dozzine di laboratori, che hanno misurato la composizione genetica di oltre 1.700 cani provenienti da oltre 160 razze canine. Per ognuno di questi, l’idea è di trascrivere il modello di occorrenza di quei 2,8 miliardi di lettere genetiche, e di organizzarli in sequenze che costituiscono i circa 19000 geni del cane. Ha senso immaginare che questi geni siano una serie di parole genetiche che scandiscono le frasi. Queste istruzioni “scritte” indicano al corpo quali proteine ​​produrre e infine determinano lo sviluppo e il comportamento del cane.

Ovviamente questo è un progetto costoso e laborioso. Quindi potresti chiederti: perché si dovrebbe spendere così tanto per capire l’umile cane domestico? Per capire questo, dobbiamo tornare all’inizio del progetto.

Iniziare a disegnare una mappa del cane

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Stranamente, il progetto del genoma canino ha avuto il suo inizio attraverso l’attività di un genetista vegetale presso l’Università della California a Berkeley. Jasper Rine ha riconosciuto che i cani venivano allevati per comportamenti specifici e che questi comportamenti avevano probabilmente una base genetica forte, e forse facilmente identificabile. Come sideline alla sua ricerca di piante, ha incrociato una Terranova (che sono cani amichevoli che amano l’acqua e non sanno nulla di pastorizia) con un Border Collie (che è un po ‘ostinato, non ama l’acqua, e ha una serie di comportamenti di pastore incorporati) . Dopo due generazioni di studi, è diventato chiaro che un certo numero di comportamenti chiave sono stati determinati geneticamente. Tuttavia, divenne chiaro a Rine che gli mancava uno strumento vitale, ovvero una mappa di marcatori genetici costituiti da tratti di DNA noti, che potevano essere usati per capire quale materiale genetico era stato trasmesso per fare forti nuotatori o cani da pastore . Così concepì l’idea di creare una mappa del genere, e questa mappa sarebbe il genoma canino.

Era il 1990 e Elaine Ostrander era appena arrivata a Berkeley per fare alcune ricerche post-dottorato in genetica vegetale. Sfortunatamente, ci sarebbe stata un’attesa prima che iniziasse il finanziamento della sua borsa di studio, quindi ha preso un lavoro temporaneo con Rine. Le assegnò l’incarico di iniziare a costruire la mappa di cui aveva bisogno sul DNA del cane. Non è mai riuscita a raggiungere il laboratorio di genetica delle piante, ma quando ha lasciato Berkeley tre anni dopo, si è impegnata nel progetto del genoma canino. Ciò era estremamente importante, perché Rine alla fine ha dovuto chiudere gli studi sul comportamento del cane a causa della mancanza di fondi e perché era stato molestato da attivisti per i diritti degli animali.

Raccolta dei dati

Ciò di cui Ostrander aveva bisogno per continuare la sua ricerca era un sacco di campioni di materiale genetico provenienti da tanti diversi cani e razze canine che poteva mettere le mani sopra. Quindi questa ricercatrice dedita ha perseguitato mostre canine per chiedere agli allevatori e ai proprietari di permetterle di raccogliere questo materiale genetico. I progressi furono lenti, finché non scoprì che un paio di investigatori della Scuola di Medicina Veterinaria dell’Università della Pennsylvania, Gustavo Aguirre e Gregory Acland, avevano studiato una forma ereditaria di cecità che era comune nei collie. Stavano allevando individui colpiti e non affetti per tracciare i modelli di eredità, e avevano anche raccolto campioni di sangue da razze che non avevano la malattia. Sfortunatamente, come Rine, sapevano che non avrebbero mai trovato il gene che causava la cecità finché non ci fosse una mappa del genoma canino adeguata. Tuttavia, nella speranza che una mappa del genere sarebbe diventata disponibile, hanno accuratamente archiviato e documentato l’enorme banca di campioni di sangue che avevano raccolto.

Con la combinazione di campioni e dati di ricerca di questi due laboratori, ci è voluto solo un anno per produrre una mappa preliminare che mostra le posizioni di 150 marcatori sul genoma del cane. Ciò ha permesso a questi scienziati di determinare che il gene che causa la forma di cecità ereditaria comunemente osservata nei collie era sul cromosoma 9. Alcuni anni dopo, hanno isolato il gene specifico stesso.

A quel punto, alcuni altri scienziati iniziarono a riconoscere che i cani potevano essere solo i sogni di un genetista. Le razze di razza sono altamente incrociate per tratti specifici. I cani di razza hanno estese storie familiari e genealogie ben documentate, il che semplifica enormemente il compito di rintracciare cose come mutazioni che causano malattie o geni responsabili delle dimensioni, della forma o del colore del mantello dei cani. Tuttavia, all’interno di ciascuna razza, esiste un notevole grado di somiglianza genetica tra gli individui.

Perché la somiglianza tra i membri della stessa razza è importante per i genetisti? Bene, immagina che stai cercando di trovare un gene mutato responsabile di qualche disturbo ereditario. Se si usano gruppi di soggetti testati con genomi molto simili – eccetto per il fatto che un gruppo ha la malattia e un altro no – allora l’unico gene si distinguerà chiaramente. Confrontate questo con l’uso di gruppi di soggetti del test che, oltre a differire nella suscettibilità alla malattia, differiscono anche su molti altri fattori. Tutte queste differenze genetiche estranee andranno a costituire un tipo di rumore statico e renderanno difficile trovare l’unico gene importante che sta causando la differenza ricercata.

Perché il genoma canino è importante per gli umani

Ciò che stava diventando chiaro è che questo lavoro sul genoma canino potrebbe avere implicazioni per capire meglio gli umani. I cani e gli esseri umani condividono il 95% del loro DNA e condividono anche alcune delle malattie più comuni della loro specie, come cancro, epilessia, allergia, malattie cardiache e persino disturbi psicologici, come il morbo di Alzheimer, le fobie e i disturbi ossessivo-compulsivi . Tuttavia, c’era ancora resistenza da parte della comunità scientifica sul fatto che la genetica dei cani potesse dirci qualcosa di utile.

Questo scetticismo è scomparso rapidamente dopo che il team di ricerca di Emmanuel Mignot presso la Stanford University ha isolato il gene che causa la narcolessia nei cani, a partire da campioni genetici prelevati da pinscher di Doberman colpiti. La narcolessia è un disturbo del sonno che induce un individuo a cadere in uno stato di sonno involontario e incontrollabile, indipendentemente da ciò che accade in quel momento. Sulla base della loro ricerca canina, questi ricercatori hanno isolato il gene della narcolessia, e questo ha portato alla comprensione di un nuovo percorso molecolare coinvolto nel sonno. Questi risultati hanno anche suscitato un crescente interesse da parte di scienziati interessati alla genetica umana e, inoltre, e poiché ora era chiaro che questi risultati potrebbero aiutare nella nostra comprensione dei problemi genetici umani, sono stati resi disponibili maggiori finanziamenti per questo tipo di lavoro.

Alla fine, è stato registrato un genoma canino quasi completo, a partire dal materiale genetico di un pugile altamente inteso chiamato Tasha. Con una mappa completa del DNA canino è ora possibile effettuare confronti per determinare le differenze tra le razze di cani, e anche i confronti possono essere fatti con canini selvatici, come i lupi contemporanei e persino i loro antichi antenati.

Alla scoperta della storia dei cani

Questo genoma canino di base ci consente di tracciare la storia dei cani, la loro evoluzione e gli effetti che l’addomesticamento e l’allevamento selettivo hanno avuto su di loro. Per vedere come funzionerebbe, immaginiamo di presumere (come fanno la maggior parte degli scienziati) che gli antenati originali di tutti i nostri cani fossero lupi. Se una razza di cane si è evoluta direttamente dal lupo nel lontano passato, allora il suo DNA sarebbe molto simile a un lupo. Se però sono passate molte generazioni e un lungo periodo di tempo da quando è stata creata una particolare razza, allora ci aspetteremmo molte mutazioni e differenze tra quella razza più moderna e quella dell’antico lupo. Ciò significa che possiamo costruire un lasso di tempo per quando sono state create razze di cani particolari. Questo ci permette anche di studiare la relazione tra le varie razze canine.

Usando una ricerca che analizza le diverse mutazioni trovate in varie razze canine è emerso chiaramente che ci sono almeno 23 cladi (o gruppi di cani in base alle loro caratteristiche fisiche e comportamentali). Inoltre ora è chiaro che le razze di cani si sono evolute in due fasi storiche separate. La fase iniziale iniziò quando i cani furono prima addomesticati e gli umani si stavano impegnando in una sorta di genetica applicata da seduti. Storicamente, se una persona aveva un cane che mostrava un tratto particolarmente desiderabile, come l’abilità di radunare pecore, allora accoppiasse quel cane con un altro che aveva caratteristiche simili nella speranza che avrebbe ottenuto un tipo migliore di cane da pastore. Questo è il modo in cui sono nate le prime razze di cani da pastore, da caccia e da guardia. Tuttavia, sebbene vi fossero chiare differenze tra le varie linee di cani, il concetto di “razza” era molto più definito.

Il mondo dei cani cambiò bruscamente, e per sempre, nell’era vittoriana. Con una migliore comprensione dell’allevamento del cane, la progettazione di cani divenne un hobby delle classi medie e alte in Inghilterra. In effetti i cani erano ormai qualcosa da plasmare e modellare dall’uomo, spesso più per le caratteristiche fisiche che determinavano il comportamento del cane piuttosto che per particolari abilità e comportamenti innati. I club di allevamento sono stati istituiti per tenere traccia dell’allevamento di particolari linee di cani e per sorvegliare esposizioni canine, che mostravano e valutavano questi esemplari selezionati in modo selettivo. Ciò ha portato a un’esplosione di nuove razze, con molti dei più popolari retriever, spaniel e cani da compagnia che emergono durante questa era.

La mappa del genoma canino ci ha anche permesso di capire come i cani sono migrati in tutto il mondo. Ad esempio, fornisce dati che sembrano mostrare che quasi tutte le razze di cani originarie delle Americhe originarie dell’Asia, portate da migranti che viaggiavano su un ponte di terra che esisteva attraverso lo Stretto di Bering. Queste razze originali furono poi praticamente spazzate via dal successivo afflusso di europei che portarono con sé le loro razze di cani.

Dove Siamo Ora

Oggi molti scienziati riconoscono il valore di ricerca fornito dalla somiglianza genetica tra cani e umani. Per questo motivo, il cane sta diventando un popolare “modello” che gli investigatori possono utilizzare per acquisire una comprensione dei disturbi umani, compresi i disturbi psicologici, come il morbo di Alzheimer e i disturbi ossessivo-compulsivi.

Tuttavia, anche dopo tutti questi anni e questo enorme sforzo di ricerca, Elaine Ostrander (che ora è al National Institutes of Health a Bethesda, Maryland) e i suoi associati possono ancora essere trovati vagando attraverso mostre canine, alla ricerca di razze di cani relativamente rari il cui DNA non è adeguatamente rappresentato nel progetto del genoma canino. Sta ancora richiedendo campioni di materiale genetico (che ora può essere ottenuto semplicemente strofinando la bocca del cane). In questo modo, la nostra comprensione della mappa genetica dei cani continua ad evolversi e diventa più precisa.

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