riproduzione asessuata

La riproduzione asessuata o asessuale avviene in assenza di fenomeni sessuali (divisione meiotica che porta alla formazione dei gameti, ovvero l’oocita e lo spermatozoo, ricombinazione genetica che avviene durante la meiosi e fusione dei gameti stessi) e genera pertanto organismi che contengono il medesimo patrimonio genetico del genitore. Poiché non coinvolge la formazione di gameti, viene anche definita agametogenesi. Si tratta dell’unica forma di riproduzione utilizzata dagli organismi unicellulari quali i batteri e i protozoi e, sebbene rara negli organismi pluricellulari, viene utilizzata anche da molte specie vegetali e fungine.  Nel regno animale questo tipo di riproduzione avviene perlopiù in organismi inferiori quali invertebrati o vertebrati di basso livello evolutivo in risposta a determinate condizioni ambientali.

La riproduzione asessuata presenta una serie di vantaggi immediati per alcuni organismi in quanto, non necessitando della produzione di gameti, è più rapida, richiede meno energia e, per quelle specie in cui per motivi ambientali diviene difficile l’incontro con un altro individuo, rappresenta una possibilità certa di perpetuare la specie. Nonostante questi vantaggi a breve termine, a differenza della riproduzione sessuata non permette una rapida generazione della differenza genetica necessaria all’adattamento a condizioni ambientali variabili e all’evoluzione.

Il meccanismo alla base della riproduzione asessuata è la divisione cellulare mediante mitosi di una cellula somatica dell’organismo genitore: una delle caratteristiche più studiate dal punto di vista biologico è come, negli organismi pluricellulari, sia possibile la comparsa di un’attività organogenetica, propria delle cellule embrionali, a partire da una cellula somatica adulta.

La riproduzione asessuata può avvenire con diverse modalità quali:

• scissione: da un organismo generante (o genitore) si producono mediante divisione due organismi identici tra di loro e all’organismo generante. Quando la divisione avviene mediante separazione in due parti si parla di scissione binaria (tipico delle planarie e di numerosissimi protisti); nel caso di separazione in più parti la scissione viene definita multipla e conduce alla formazione di numerosi individui (ad esempio in parassiti quali il Plasmodium falciparum responsabile della malaria e in vermi come la planaria e alcune specie di lombrichi)
• frammentazione: una parte dell’organismo si distacca rigenerando un individuo completo. È spesso osservabile nel regno vegetale: ad esempio i bulbi delle Liliaceae producono bulbilli laterali. Una forma particolare di frammentazione è visibile in alcune attinie attraverso un procedimento detto lacerazione pedale consistente nella perdita di cellule del piede dell’animale abbandonate sul substrato, le quali si moltiplicano generando organismi completi. Sono noti casi in cui l’autotomia, ovvero l’auto-amputazione di parti del corpo in caso di pericolo, può rivelarsi in alcune specie importante ai fini riproduttivi. Un altro esempio comune sono le stelle marine, le quali sono in grado di rigenerare un braccio perso e, questo, se contiene anche una parte del disco centrale è in grado a sua volta di ricostituire l’intero individuo
• gemmazione: prevede la formazione di gemme laterali che possono sia separarsi dall’organismo generante, dando vita a nuovi individui, sia restare unite ad esso e formare colonie, come nel caso dei coralli ed altri Cnidari. Si può parlare di gemmazione anche nel caso di organismi unicellulari, quando una scissione produce due cellule figlie di dimensioni diverse e contenuto citoplasmatico non egualmente ripartito
• partenogenesi: è una forma di agametogenesi in cui una cellula uovo non fertilizzata dà origine a un nuovo individuo. Questo tipo di riproduzione asessuata è tipico di molti tipi di piante e di alcuni invertebrati (ad es. afidi, alcune specie di api e vespe) e si può osservare anche in alcuni vertebrati quali rettili, anfibi e pesci
• sporulazione: formazione per mitosi di un particolare tipo di cellula riproduttiva detta mitospora, in grado di generare un nuovo individuo. Questo tipo di cellule presenta una parete di protezione che le rende particolarmente resistenti: la sporulazione viene pertanto utilizzata quando si verificano condizioni ambientali avverse in modo da consentire la perpetuazione della specie al ritorno di condizioni favorevoli.

Clonazione

Il termine clonazione viene utilizzato in biologia per indicare meccanismi di riproduzione asessuata attraverso i quali è possibile ottenere una o più copie, o cloni, geneticamente identiche ad un organismo genitore o generante. Di seguito verranno affrontati i procedimenti di clonazione artificiale: è tuttavia utile ricordare che eventi comuni come la riproduzione di numerose specie di organismi unicellulari (vedi sopra) o la nascita di gemelli monozigoti rappresentano dei meccanismi naturali di clonazione.

È possibile distinguere due tipi di clonazione artificiale (di seguito, clonazione) in base alle diverse finalità: la clonazione riproduttiva, volta alla generazione di un nuovo organismo geneticamente identico a quello d’origine e la clonazione terapeutica, volta all’ottenimento di cellule staminali a  partire da  un embrione clonale a scopo terapeutico o di ricerca.

Clonazione riproduttiva

La possibilità di generare individui geneticamente identici, ovvero dei cloni, ha da sempre attratto l’interesse dei ricercatori sotto molteplici punti di vista. Inoltre, tecniche di clonazione quale l’innesto vengono utilizzate in agricoltura fin dall’antichità per la selezione e la propagazione di specifiche varietà di piante coltivabili quali la vite. Solo in tempi recenti le tecniche di biologia molecolare hanno tuttavia permesso di estendere la clonazione riproduttiva a specie animali.

I primi studi che hanno posto le basi per la clonazione (vedi Cenni storici) risalgono a circa 70 anni fa, con gli esperimenti di Hans Spemann nel 1938, ripresi successivamente da Briggs e King nel 1952. In questi primi studi effettuati sugli anfibi, l’interesse dei ricercatori era volto a comprendere se il nucleo di cellule differenziate di individui adulti conservasse, dopo il differenziamento, la capacità di dare origine a tutti i tipi cellulari presenti in un organismo adulto (totipotenza) al pari della prima cellula di un individuo ovvero lo zigote. Quello che ricercatori come Spemann, Briggs e King poterono osservare è che durante lo sviluppo si assiste ad una riduzione progressiva della totipotenza. Gurdon dimostrò tuttavia che è possibile revertire tale riduzione: trapiantando nuclei di cellule cutanee dell’anfibio anuro Xenopus laevis in oociti enucleati della stessa specie, riuscì ad ottenere girini vitali, anche se questi non si differenziarono mai in individui adulti. Questi esperimenti permisero quindi di concludere che  il nucleo di cellule animali adulte può essere ri-programmato per dare origine a tutti i tipi cellulari di un organismo: non si tratta tuttavia di un risultato facilmente ottenibile nemmeno in specie animali relativamente semplici quali gli anfibi. Quando si tentò di applicare queste nozioni ai mammiferi, si osservò che gli embrioni ottenuti mediante il trapianto del nucleo di cellule differenziate in oociti enucleati non riuscivano a progredire oltre poche divisioni cellulari. Questi risultati indussero gli scienziati a concludere che la clonazione dei mammiferi a partire da cellule adulte fosse impossibile e tale visione rimase immutata fino al 1996.

Clonazione di specie in pericolo di estinzione o estinte

Nel 2001 è stato ottenuto un clone di gaur (un bovino in via d’estinzione), partorito da una mucca in cui era stato trasferito l’embrione. Nonostante il piccolo di gaur sia deceduto dopo soli due giorni, sono stati successivamente ottenuti altri cloni di specie in via d’estinzione utilizzando madri surrogate. Questo ha generato la speranza di poter utilizzare la clonazione come mezzo per impedire l’estinzione di determinate specie animali o addirittura la ricomparsa di specie già estinte qualora sia disponibile del materiale genetico. Ad esempio, sono in corso alcuni esperimenti a partire dal DNA congelato di mammuth, che però non hanno sortito risultati positivi poiché il materiale genetico reperito non è di qualità sufficiente ad ottenere cloni vitali. La clonazione di specie in pericolo di estinzione o estinte ha sollevato numerose questioni etiche e ambientalistiche tra cui il timore che possa condurre ad un minore interesse verso la conservazione degli ambienti e delle popolazioni animali allo stato brado.

Clonazione umana

La clonazione umana, che sia a scopo riproduttivo o terapeutico, è indubbiamente la forma di clonazione che suscita maggior dibattito sia in ambito scientifico sia in ambito etico e attraverso i mezzi di comunicazione. Una dettagliata trattazione dei complessi aspetti etici della clonazione umana a scopo riproduttivo esula dagli scopi di questa trattazione; ci si limiterà pertanto ad alcune considerazioni di tipo scientifico.

La clonazione animale rappresenta, come già precedentemente illustrato, una metodica altamente inefficiente,  e la comprensione dei meccanismi che portano alla formazione di un organismo vitale e sano a partire da una cellula uovo in cui sia stato trasferito il nucleo di una cellula somatica è ancora incompleta. Oltre al dato che la maggior parte dei tentativi di clonazione nei mammiferi esita attualmente in fallimento, circa il 30% dei cloni nati vivi soffrono di condizioni patologiche delle quali la più comune è la “large offspring syndrome”, caratterizzata da una eccessiva dimensione della prole e diversi cloni animali sono deceduti prematuramente in seguito ad infezioni ed altre complicanze. Per questi motivi è opinione diffusa che allo stato attuale delle conoscenze non esistano i presupposti per intraprendere responsabilmente un tentativo di clonazione umana. Ciononostante, nel corso degli ultimi anni è stata annunciata in diverse occasioni la nascita di un essere umano clonato, anche se tali annunci sono stati successivamente smentiti o ritrattati.

Clonazione terapeutica

A differenza della clonazione a scopo riproduttivo, nella clonazione a scopo terapeutico gli embrioni ottenuti mediante la tecnica SCNT vengono utilizzati per la produzione di cellule staminali, le quali vengono prelevate dall’embrione dopo 5 giorni dalla prima divisione e possono essere coltivate e utilizzate in ambito di ricerca.

Lo studio delle cellule staminali trova diverse applicazioni nell’ambito della ricerca medica. Tra i meccanismi che è possibile studiare riveste una fondamentale importanza la differenziazione cellulare, dal momento che una maggiore comprensione della sua regolazione potrebbe fornire informazioni utili alla ricerca sul cancro, sui difetti congeniti dello sviluppo e sulle malattie degenerative. Un’altro ambito di applicazione della ricerca sulle cellule staminali è la sperimentazione farmacologica su linee cellulari differenziate a partire da cellule pluripotenti. Quello che però potrebbe rivelarsi il più importante risultato ottenuto dalle cellule staminali è la possibilità di sfruttarne la capacità di differenziazione per rimpiazzare organi o tessuti danneggiati. In questo caso, il vantaggio della clonazione sarebbe duplice. Da un lato eliminerebbe la necessità di un donatore d’organo, dall’altro i tessuti generati dalle cellule staminali ottenute per clonazione di una cellula somatica del soggetto da trattare potrebbero presentare un ridotto rischio di rigetto dal momento che possiedono il medesimo corredo genetico.

Così come per la clonazione umana a scopo riproduttivo, anche la clonazione terapeutica solleva numerose questioni di tipo etico e legale. È inoltre importante ricordare che la conoscenza dei meccanismi biologici alla base e delle tecnologie necessarie al corretto svolgimento della clonazione terapeutica sono ancora in una fase molto precoce.

[G.C.C, A.A., B.P.]