Un piccolo pesce striato ha dato – e senz’altro darà – un enorme aiuto alla comprensione di numerosi processi biologici, comprese importanti patologie umane.
Nell’immenso universo della ricerca biologica e biomedica un minuscolo essere spicca per versatilità e utilità: si tratta dello zebrafish, conosciuto in campo scientifico con il nome di Danio rerio. È un piccolo pesce d’acqua dolce e da acquario, originario dei fiumi del sud-est asiatico e ospite abituale di molte vasche domestiche. Questa specie è diventata, negli ultimi decenni, uno dei modelli animali più versatili a disposizione, soprattutto al servizio della medicina e della genetica.
Ma come può un organismo così distante da noi aiutarci ad affrontare la complessità di malattie variegate della nostra specie? A prima vista, un essere umano e un pesce di quattro centimetri sembrano non avere nulla in comune.
Tuttavia, la genetica racconta una storia diversa. Condividiamo con lo zebrafish circa il 70% del nostro patrimonio ereditario: se restringiamo il campo ai geni responsabili delle malattie umane, questa percentuale sale vertiginosamente: circa l’84% dei geni noti per causare patologie nell’uomo ha una controparte funzionale nel pesce. Questa straordinaria omologia permette ai ricercatori di studiare meccanismi biologici fondamentali, che sono rimasti pressoché invariati durante milioni di anni. Che si tratti della contrazione di una fibra muscolare o della trasmissione di un segnale nervoso, i processi molecolari sono sorprendentemente simili a quelli dei mammiferi, specie umana compresa.
Dal punto di vista eminentemente pratico, il vero asso nella manica dello zebrafish risiede nella sua biologia riproduttiva: le femmine possono fare centinaia di uova ogni settimana; inoltre, la caratteristica che ha fatto innamorare i biologi dello sviluppo è la trasparenza degli embrioni. Infatti, nelle prime 24-48 ore di vita, l’embrione è completamente trasparente: ciò permette di osservare, in tempo reale e senza procedure invasive, l’evoluzione degli organi interni. Con un comune microscopio ottico è quindi possibile analizzare il battito cardiaco, la migrazione delle cellule staminali e lo sviluppo neuronale. Grazie a tecniche di ingegneria genetica, i ricercatori possono inoltre creare linee di pesci fluorescenti, in cui specifici tipi cellulari opportunamente trattati permettono, attraverso i tegumenti trasparenti, l’osservazione, per citare un caso, di un tumore che genera nuovi vasi sanguigni o reazioni specifiche del sistema.
Lo zebrafish può perciò rendere visibile ciò che nei mammiferi rimane spesso occultato. Ad esempio, a seguito di un infarto miocardico, il tessuto lesionato viene sostituito da tessuto cicatriziale che può alterare la funzione dell’organo. Lo zebrafish, invece, possiede la capacità di rigenerare completamente il cuore dopo un danno grave. Studiando i segnali molecolari che attivano questa rigenerazione i ricercatori auspicano di trovare la “chiave” per indurre un processo simile nel cuore umano.
Nonostante la sua apparente semplicità, questo pesciolino esibisce comportamenti complessi, riconducibili ad ansia, interazione sociale e cicli di sonno-veglia. È inoltre un modello d’elezione per studiare malattie neurodegenerative come il morbo di Parkinson o l’Alzheimer, e per comprendere le basi genetiche dei disturbi dello spettro autistico. Grazie alle cosiddette tecniche di editing genomico (una tecnologia che permette di modificare il DNA, aggiungendo, rimuovendo o sostituendo specifiche sequenze genetiche, ndr) il DNA dello zebrafish può essere ritoccato in punti specifici, potenziandone il valore sperimentale.
Attualmente è quindi possibile “umanizzarlo”, inserendo nel suo genoma specifiche mutazioni caratteristiche dei pazienti umani affetti da una data patologia: ciò permette di creare modelli personalizzati di una specifica malattia, con la possibilità di testare una batteria di farmaci sui “pesci-paziente” per constatare quale molecola risponde meglio, prima di trasferire la sperimentazione a pazienti umani, realizzando così i principi della medicina di precisione. L’impiego dello zebrafish nel campo della sperimentazione animale si allinea anche con i moderni principi etici della ricerca scientifica, riassunti nelle 3R (Replacement, sostituzione, Reduction, riduzione, Refinement, miglioramento). Poiché i pesci sono considerati (al momento) organismi meno senzienti rispetto ai mammiferi, il loro impiego permette di ridurre il numero di specie di mammiferi utilizzati nei laboratori. Inoltre, la loro gestione richiede meno spazio e risorse, rendendo la ricerca più sostenibile ed efficiente.
Il Danio rerio ci ricorda quindi che la natura è profondamente interconnessa. Un piccolo pesce striato può contenere talvolta le risposte ad alcune delle domande più difficili della medicina moderna. Mentre continua a nuotare nei laboratori di tutto il mondo, lo zebrafish non è solo un modello animale, ma un alleato nella lotta contro le malattie, come una vera finestra trasparente sul futuro della salute umana e non solo.
Massimo Faustini
Università degli Studi di Milano
Dip. DIVAS
