Il riconoscimento olfattivodell'individualità genetica

I geni che controllano le funzioni immunologiche impartiscono ai topiun odore caratteristico, cosicché questi riescono a discriminare permezzo dell'olfatto le differenze genetiche tra i potenziali partner sessuali

di Gary K. Beauchamp, Kunio Yamazaki ed Edward A. Boyse

p

er la specie umana, i cui sensi do-minanti sono la vista e l'udito,l'olfatto sembra poco più di un

lusso. È difficile per noi immaginarequanto possa essere importante, per imembri di altre specie, il riconoscimentotramite quest'ultimo senso. Il nostrostudio su questa modalità di riconosci-mento nei roditori dimostra che l'odoredi un animale è in parte determinato daisuoi geni, in particolare da quelli di unaregione cromosomica che, in tutti imammiferi, svolge una funzione dellamassima importanza nel riconoscimentoimmunologico, determinando così l'esi-to dei trapianti di tessuto e di organi.

La ricerca ha avuto inizio al MemorialSloan-Kettering Cancer Institute di NewYork in seguito a osservazioni accidentalisul comportamento sociale di topi appar-tenenti a ceppi puri. Più specificamente, ècominciata con l'osservazione che topiche differivano geneticamente solo inuna regione cromosomica occupata dauna serie di geni con funzioni immuno-logiche, note come maggior complessodi istocompatibilità o MHC, dall'inglesemajor histocompatibility complex (la re-gione MHC del topo è chiamata H-2 equella dell'uomo HLA), possono ricono-scersi per mezzo dell'olfatto. Allo stessotempo Lewis Thomas, che presiedevaquell'istituto, ma che a quel tempo nonera ancora a conoscenza delle nostre os-servazioni, ha avanzato la proposta che igeni di istocompatibilità impartissero aciascun individuo un odore caratteristico.La fortunata coincidenza di osservazionee teoria è stata il punto di partenza di unaserie di studi sul riconoscimento olfattivodell'individualità genetica, oggi condottiprincipalmente presso il Monell Chemi-cal Senses Center dell'Università dellaPennsylvania.

L'importanza del gruppo di geni delmaggior complesso di istocompatibilità(si veda l'articolo Le funzioni del mag-

gior complesso di istocompatibilità diEnrico Clerici in «Le Scienze» n. 111,novembre 1977) può essere valutata dalfatto che un analogo insieme di geni èritenuto presente in tutti i vertebrati.Nell'uomo esso è noto principalmenteper il suo effetto sul trapianto di reni e dialtri organi e tessuti: il donatore e il rice-vente dovrebbero avere analoghi tipiHLA, altrimenti il trapianto verrebbericonosciuto come estraneo e pertantoattaccato e rigettato dalle cellule immu-nitarie del ricevente chiamate linfociti.(Le cellule immunitarie possono reagirea una grande varietà di informazionichimiche provenienti dall'ambiente e, inquesto modo, forniscono una protezionecontro tutti i tipi di infezione. Anchel'olfatto comporta il riconoscimento diuna moltitudine di segnali chimici daparte di cellule del sistema nervoso.)

Acuni dei geni che costituiscono il

maggior complesso di istocompati-bilità, in particolar modo i geni chiamatiH-2K e H-2D, sono estremamente mu-tabili. Essi sono, per così dire, «punticaldi» genetici: in essi avvengono muta-zioni con frequenze notevolmente supe-riori al resto del genoma. Di conseguen-za, per questi geni, esistono molti alleli o

forme alternative e due individui nonconsanguinei hanno una probabilitàestremamente bassa di avere gli stessi. Èquesta la ragione principale per la qualeè difficile trovare, tra gli esseri umani,donatori e riceventi di organi compatibi-li, eccetto che tra membri della stessafamiglia. I prodotti sintetizzati dalle cel-lule di individui diversi sulla base diistruzioni codificate da geni del maggiorcomplesso di istocompatibilità sono ana-logamente diversi. Questi prodotti sonoproteine alle quali vengono successiva-mente addizionati residui di carboidrati,e che si trasformano così in glicoprotei-ne. Queste sono per la maggior parteinserite nella membrana esterna che co-stituisce la superficie della cellula. Inquesto modo la variabilità tra i geni del-l'MHC determina in gran parte l'indivi-dualità biochimica della superficie cellu-lare e ciò che Peter B. Medawar ha defi-nito «l'unicità dell'individuo».

Come in altri campi della ricerca bio-medica, i ceppi inincrociati (linee pure)di topi sono stati di inestimabile valorenella ricerca descritta in questo articolo.Essi si ottengono attraverso incroci fra-tello-sorella, effettuati in serie, per mol-te generazioni, fino a raggiungere un'u-niformità genetica (si veda l'illustrazione

L'addestramento di un ratto a discriminare tra gli odori di due ceppi puri singenici, o stretta-mente correlati. di topi è documentato dalle fotografie scattate al Monell Chemical SensesCenter di Filadelfia. Il ratto dava inizio a ciascuna prova del programma di addestramentoquando si metteva in posizione per ricevere una quantità definita di aria con odore dell'urinadi un topo di uno dei due ceppi (in alto). Se l'odore era quello per il quale la risposta datameritava una ricompensa, il ratto doveva (entro quattro secondi) azionare una leva postavicino alla testa (al centro). La ricompensa era una goccia d'acqua (in basso). I risultati dimo-strano che il senso dell'olfatto permette ai roditori di un genere (il ratto) di riconoscere in unaltro genere (il topo) le differenze genetiche a livello del maggior complesso di istocompatibi-lità o MHC (major histocompatibility complex), un gruppo di geni con funzioni vitali nel rico-noscimento immunologico e nella conseguente risposta, compreso l'attecchimento o il rigettodi trapianti di organi o di tessuti. Il dispositivo di addestramento è stato progettato e costruitoal Monell Chemical Senses Center da Heather Duncan. Burton Slotnick e Charles J. Wysocki.

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103

CENTROM ERO

H-2 K

MHC (H-2)

H-2D

Qa-2

•Qa-3

Qa-1

Tla

Qa-Tla

a C a

INCROCIO INIZIALE

GENERAZIONE F, C

X

GENERAZIONE F, a a

GENERAZIONE F3

GENERAZIONE F,

Un ceppo puro di topi consiste di animali geneticamente uniformi e omozigoti; cioè ogni topoha gli stessi atleti, o versioni alternative di un gene, sulle proprie coppie cromosomiche. Ilceppo si ottiene da 20 o 30 cicli di accoppiamenti fratello-sorella, in cui ogni generazionederiva da una singola coppia fratello-sorella. In primo luogo si incrociano due topi normali. Lelettere a, b e c rappresentano gli atleti del maggior complesso di istocompatibilità (H-2) o diqualsiasi altra regione cromosomica. Il resto dei cromosomi (il topo ne ha 20 paia) non èraffigurato. La prima generazione filiale F i consiste di quattro gruppi di discendenti: ac, ad,bc e bd (tutti eterozigoti). Si sceglie a caso una coppia da incrociare; nell'esempio essa è ad xbd, in modo che l'atlete c non si ritrovi nella generazione F2. Di nuovo si sceglie una coppia acaso, ossia bd x dd; questa volta è a che non si ritrova nella generazione F3. L'incrocio che dàorigine alla generazione F4 è dd x dd. A meno che non insorgano mutazioni, i topi da questomomento in poi saranno omozigoti dd. La teoria della probabilità prevede che dalla ventesi-ma alla trentesima generazione praticamente tutti i geni diventeranno uniformi e omozigoti.

a C

La regione H-2 sul cromosoma 17 del topocontiene i geni del maggior complesso di isto-compatibilità che includono il gene H-2K. ilgene H-2D e i geni! tra i primi due; tuttispecificano la composizione delle glicopro-teine sulla superficie cellulare, che a loro vol-ta contribuiscono al riconoscimento immuno-logico e alla conseguente risposta. I vicinigeni Qa e Tla sono strettamente correlati aigeni H-2, sia per la composizione del DNAsia per la struttura delle glicoproteine dellamembrana cellulare che specificano, ma leloro funzioni non sono conosciute. Le paren-tesi quadre nel disegno indicano che l'ordinepreciso dei geni non è noto con sicurezza.

a pagina 105). I ceppi puri singenici rap-presentano un ulteriore affinamento:essi vengono ottenuti incrociando, dap-prima, un ceppo puro con un altro e,successivamente, continuando a rein-crociare la progenie, per più generazio-ni, con uno dei due ceppi puri parentali eselezionando a ogni reincrocio un parti-colare carattere genetico, per esempioun tipo (11-2) del maggior complesso diistocompatibilità (si veda l'illustrazionea pagina 106). Il risultato finale sonodue ceppi puri di topi che differisconosolamente per un segmento ben definitodel loro corredo genetico. Per esempio,nel caso del maggior complesso di isto-compatibilità. i ceppi singenici sarebbe-ro geneticamente identici eccetto cheper la regione del cromosoma 17 (il topopossiede 20 paia di cromosomi), cheporta il gruppo di geni H-2 del maggiorcomplesso di istocompatibilità.

Le conseguenze comportamentali delriconoscimento sensoriale dei tipi delmaggior complesso di istocompatibilitàsono state notate per la prima volta nel1974. Negli stabulari dello Sloan-Kette-ring Center alcuni topi inincrociati, disesso maschile, erano stati messi in gab-bia, ciascuno, con una coppia di femmineH-2 singeniche. In questa situazioneogni maschio aveva la possibilità di in-contrare una femmina geneticamenteidentica e una femmina con un tipo H-2diverso, ma per il resto geneticamenteidentica. È stato osservato che i maschi ele femmine di tipo H-2 diverso erano piùinclini ad accoppiarsi dei maschi e dellefemmine di tipo H-2 uguale.

ueste osservazioni casuali sono sta-te approfondite sistematicamente.

Abbiamo messo singoli maschi in pre-senza di due femmine in estro e li ab-biamo osservati finché una delle duefemmine non veniva fecondata. Lefemmine erano 11-2 singeniche (cioè dif-ferivano geneticamente solo nella re-gione H-2) e una di esse appartenevaallo stesso ceppo puro del maschio. Connumerose combinazioni di differentiH-2, abbiamo notato una sostanzialetendenza in favore degli accoppiamentitra topi con H-2 diversi.

Per verificare la base genetica di que-sto riconoscimento sensoriale, abbiamoeseguito un test convenzionale di asso-ciazione genica sulla generazione F2 (Siveda l'illustrazione in alto a pagina 107).Dapprima abbiamo incrociato due ceppipuri H-2 singenici e abbiamo ottenutola prima generazione filiale (F i), checonsiste di topi geneticamente uniformi,eterozigoti per il carattere H-2: ognitopo della F1 possiede due alleli 11-2,uno di origine paterna e uno di originematerna. Gli eterozigoti H-2 della gene-razione F 1 sono stati quindi incrociati fraloro e hanno dato la generazione F2, checonsiste di due gruppi di omozigoti H-2,ognuno geneticamente identico al ri-spettivo ceppo puro della generazioneparentale (P) e di un gruppo di eterozi-

goti H-2 geneticamente identici ai topidella generazione F 1 . I tre gruppi ven-

.. identificatidentificati facendo reagire le lorocellule con un antisiero contro le glico-proteine della superficie cellulare, speci-ficate da particolari alleli dei geni H-2.(La compatibilità tra esseri umani dona-tori e riceventi di organi viene stabilitacon una procedura analoga mediantetipizzazione HLA.)

Sebbene gli omozigoti E2 di tale incro-cio siano geneticamente identici ai ceppipuri della generazione parentale o origi-naria (P) nei riguardi dell'H-2 essi sonostati esposti a un ambiente diverso. Lagenerazione Fi non era mai stata espo-sta, né prima né dopo la nascita, ad alcuntipo di H-2 diverso dal proprio. Al con-trario gli omozigoti P2 sono nati da geni-tori F 1 eterozigoti per H-2 e sono staticosì esposti, prima e dopo la nascita, a untipo di H-2 diverso dal loro.

Abbiamo trovato che le preferenzedegli omozigoti F2 per gli accoppiamenticon partner H-2 non erano in tutti i casiidentiche a quelle dei topi singenici,appartenenti ai ceppi della generazioneP. La conclusione che tentiamo di trarreè che nei topi le preferenze per il partnersessuale correlate al maggior complessodi istocompatibilità sono almeno in par-te il risultato di un imprinting chemosen-soriale familiare.

Nel 1978 il nostro lavoro iniziale eraormai concluso: avevamo confermatoche i topi sono in grado di riconoscereper via sensoriale i tipi H-2 l'uno dell'al-tro e che questa capacità è alla base diuna preferenza negli accoppiamenti chefavorisce i partner che differiscono per illocus H-2. Questa preferenza, se si pre-senta in natura, dovrebbe favorire l'e-soincrocio e l'eterozigosi per il suddettolocus, promuovere la diversità dei geniH-2 e favorire la propagazione dellemutazioni a loro carico. Il fenomeno del«vigore degli ibridi», cioè di una miglio-re idoneità dell'eterozigosi genetica glo-bale, è ben noto. Nel caso della eterozi-gosi e della diversità relative al maggiorcomplesso di istocompatibilità, i vantag-gi potrebbero includere la capacità direagire a un ampio repertorio di antigeni(materiali estranei di qualsiasi tipo ingrado di stimolare una risposta immuni-taria) e una migliore capacità di adattareil sistema immunitario a nuovi rischi,per esempio a microrganismi infettivi ingrado di adattarsi impercettibilmentealla difesa immunologica dell'ospite.L'inincrocio, che tende a ridurre la di-versità del pool genico di una popola-zione, sembrerebbe un rischio del tuttoparticolare per i topi, perché in condi-zioni naturali le grandi popolazioni sta-gionali di questa specie derivano dapoche coppie, o addirittura da una singo-la coppia. Questo fatto mette in eviden-za il valore della tendenza ad accoppiarsicon partner aventi H-2 diversi.

L'osservazione delle preferenze negliaccoppiamenti era, tuttavia, un metodotroppo laborioso per indagare sulla na-

tura e sul meccanismo che è alla basedell'individualità dell'odore determina-ta geneticamente. Abbiamo perciò co-struito un labirinto a forma di Y (si vedal'illustrazione a pagina 110), nei duebracci del quale vengono convogliatecorrenti d'aria con odori diversi, prove-nienti da apposite camere di diffusionedegli odori. I topi vengono addestrati adistinguere coppie di odori, privandolidell'acqua per un certo periodo di tempoe ricompensandoli con una goccia d'ac-qua tutte le volte che entrano nel bracciodel labirinto contraddistinto da uno deidue odori. Il topo impara prima a distin-guere gli odori intensi del ginepro e dellacannella e viene ricompensato, peresempio, tutte le volte che entra nelbraccio con l'odore di ginepro. L'adde-stramento prosegue poi con un'altraprova: il topo deve distinguere gli odoridi due altri topi presenti nelle camere didiffusione degli odori e appartenenti aceppi puri non affini; questi topi differi-scono quindi l'uno dall'altro per il ge-noma. L'ultimo livello di difficoltà con-siste nel distinguere gli odori di topiappartenenti a ceppi singenici che diffe-riscono unicamente nei riguardi del com-plesso H-2. Ciascuna fase dell'addestra-mento è stata considerata conclusa quan-do i topi totalizzavano un numero di scel-te corrette pari o superiore all'80 per cen-to del totale. (Risposte casuali darebberoun valore del 50 per cento.)

Gli studi iniziali con il labirinto a Y

hanno permesso di stabilire che imaschi e le femmine potevano facilmen-te essere addestrati a distinguere l'odoredi topi H-2 singenici, fossero essi maschio femmine. È risultato che non avevaalcuna importanza il fatto che l'uno ol'altro dei tipi H-2 presentati al topoaddestrato, o nessuno dei due, fosseuguale al tipo H-2 di questo topo. Ab-biamo stabilito, inoltre, che i topi 11-2singenici potevano venire sostituiti nellecamere di diffusione degli odori dallaloro urina; l'urina è stata quindi usatanei test successivi come materiale daesperimento. L'olfatto, quindi, è suffi-ciente per la discriminazione sensorialedei tipi H-2, ma non sono esclusi altricanali sensoriali. Per esempio, l'emis-sione di ultrasuoni, per mezzo dei quali itopi comunicano tra loro, potrebbe inteoria essere influenzata da differenzegenetiche a livello del complesso H-2.

Gli studi con il labirinto a Y hannopreso in considerazione variazioni indi-viduali dell'odore del corpo e dell'urinadovute allo stato di salute, alla dieta,all'età, a uno stato di tensione e all'estro.Per poter eliminare questo rumore difondo di natura non genetica, abbiamocostituito gruppi di topi con funzione didonatori di urina. I topi di ogni gruppovenivano armonizzati per età e per sessoed erano mantenuti in condizioni uni-formi. Le loro urine venivano impiegatea rotazione e una particolare combina-zione di donatori non veniva usata più di

una volta in una singola serie di prove.La collocazione dei campioni di urina alposto dei topi nelle camere di diffusioneveniva fatta sulla base di una numera-zione casuale. In queste condizioni i topivenivano rapidamente addestrati a di-stinguere due gruppi di topi H-2 singe-nici, mentre non erano addestrati a di-stinguere due gruppi di topi del tuttogeneticamente identici.

Per confermare la base genetica delladiscriminazione dei tipi H-2 nel labirin-to a Y abbiamo eseguito di nuovo un test

di associazione su F2. L'esperimento èconsistito in un trasferimento dell'ap-prendimento: un protocollo in cui il topopuò basarsi esclusivamente su ciò che hagià imparato per reagire a nuovi stimoli,in questo caso ai campioni di urina ditopi omozigoti F2. Nel trasferimento del-l'apprendimento, un topo addestrato adistinguere gli odori di topi H-2 singeni-ci viene dapprima abituato a non riceve-re alcuna ricompensa in una certa per-centuale di prove effettuate in serie,anche se sceglie nel labirinto, il braccio

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105

a a a

a a

aa

CEPPI PURI SINGENICI

a a

GENERAZIONEF,i a

GENERAZIONE F2 a a a

Incrociando due ceppi puri singenici H-2 di topo si ottiene una seconda generazione d topisingenici (F2), geneticamente identici eccetto che per i geni H-2. La generazioneF i consiste dieterozigoti identici (ab), i quali a loro volta danno origine a una generazioneF 2 di omozigoti edi eterozigoti. Gli omozigoti della generazione F2 (aa e bb) sono identici ai loro nonni, gliomozigoti della prima generazione parentale, ma il loro ambiente familiare è diverso: essi sononati da genitori eterozigoti, mentre i nonni, appartenenti a ceppi puri, avevano genitori omozi-goti. I topi singenici della generazioneF 2 consentono di studiare Pereditabilità di un carattere.

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1- I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

SERIE DI PROVE

La registrazione del processo di addestramento di un topo mostra i progressi compiuti dall'ani-male nell'imparare a discriminare gli odori delle urine di topi singenici, identici geneticamenteeccetto che per la regioneH-2.11topo da addestrare è stato privato di acqua per un certo tempoe quindi è stato posto in un labirinto a Y, i cui bracci contenevano odori diversi prodotti dacampioni di urina di topi singenici, appartenenti a differenti tipi H-2. Il topo veniva ricompen-sato con una goccia d'acqua quando entrava nel braccio contraddistinto dall'odore dell'urina diun particolare ceppo di topi singenici. Le prove venivano eseguite in gruppi di 24, due gruppi algiorno. Nei primi quattro gruppi di prove le scelte fatte dal topo non erano più che casuali.Tuttavia, alla dodicesima serie di prove, il topo non commetteva praticamente più errori.

PRIMO CEPPO SECONDO CEPPOPURO PURO

a

GENERAZIONE F,

ELIMINAZIONE DELLA PROGENIE b-NEGATIVA <

PRIMAa a a GENERAZIONE

REINCROCIATA

SECONDAa a a

GENERAZIONEREINCROCIATA

ELIMINAZIONE DELLA<PROGENIE b-NEGATIVA

DODICESIMA GENERAZIONEa REINCROCIATA

(O UNA SUCCESSIVA)

r—

a

L-x-1ELIMINAZIONE

CEPPI PURISINGENICI

I ceppi singenici di topi o sono omozigoti e geneticamente uniformi eccetto che per unadifferenza limitata a una piccola regione genetica. In primo luogo vengono incrociati dueceppi puri. In questo schema essi hanno differenti tipi H-2 (a, b). I topi della generazio-ne F i vengono reincrociati con un ceppo puro della generazione parentale. Poi i compo-nenti della prima generazione reincrociata sono sottoposti a tipizzazione, facendo reagirele loro cellule con un anticorpo contro il determinante H-2 (b); i topi b-positivi vengonoreincrociati di nuovo con il primo ceppo puro. Il procedimento è ripetuto per almeno 12generazioni reincrociate. A questo punto le dimensioni del segmento cromosomico cheporta i geni H-2 del secondo ceppo puro appaiono ridotte a causa del crossing o%er, cioèdello scambio di materiale genetico tra coppie omologhe di cromosomi nelle cellule di unanimale. Quindi gli eterozigoti ab della dodicesima generazione reincrociata (o di una suc-cessiva) vengono incrociati tra loro. La tipizzazione della progenie consente di incrociaretra loro gli omozigoti bb, ottenendo così il ceppo singenico desiderato, che corrisponde alprimo ceppo puro tranne che per la sostituzione degli alleli H-2 b al posto degli H-2 a.

giusto. Successivamente campioni diurina codificati, prelevati da gruppi ditopi F2 omozigoti, geneticamente corri-spondenti (campioni di urina a cui iltopo addestrato non è mai stato esposto)vengono sostituiti nella stessa propor-zione di quanto avvenuto nelle prove incui i topi non venivano rinumerati. Inquesto modo chi esegue le prove nonpuò sapere che cosa il topo dovrebbefare perché si avverino le previsioni sucui si basa l'esperimento. Poiché le pro-ve cruciali vengono eseguite senza ri-compensa, mentre non si ha nuovo ap-prendimento senza ricompensa, e nes-suno che conduca l'esperimento sa checosa contiene ogni campione fino aquando le prove non sono state comple-tate, una serie di trasferimenti di adde-stramento che abbia avuto esito positivoelimina la possibilità di risposta a solleci-tazioni non intenzionali o a qualunquealtro segnale diverso da quelli che deri-vano da una differenza genetica legata almaggior complesso di istocompatibilità.Il trasferimento dell'apprendimento haavuto nell'insieme successo, confer-mando l'origine genetica dal maggiorcomplesso di istocompatibilità dei se-gnali sensoriali in questione.

Olire ai ceppi puri singenici che diffe-riscono per l'intero complesso H-2

esistono ceppi puri singenici che differi-scono solo per una parte di esso. Siamostati in grado di addestrare bene dei topi adistinguere questi ceppi e ciò ci ha per-messo di vedere che almeno tre sottore-gioni nel segmento cromosomico cheporta i geni H-2 sono responsabili ognu-na di un odore caratteristico. Perciò cia-scun «profilo» completo per un odoredeterminato dal complesso H-2 riflettel'azione di diversi geni ed è probabile chesia composto da più sostanze odorose, ocomponenti singole dell'odore.

Ci siamo chiesti se il profilo dell'odoredeterminato dal complesso H-2 fossecostituito da geni noti del maggior com-plesso di istocompatibilità o da geniancora ignoti di quel complesso, unitàben distinte che potrebbero avere unafunzione nel riconoscimento sensoriale.Il dilemma, comune in biologia, sta nelchiedersi se un certo carattere ereditatoinsieme a un gene particolare sia deter-minato da quel gene o da un gene ignotovicino' a esso. Il modo classico di affron-tare questo problema è di determinarese il carattere in questione è modificatoda mutazioni che colpiscono il genenoto. Abbiamo esaminato una mutazio-ne adatta che colpisce il gene H-2K ealtera di conseguenza la sequenza diamminoacidi della proteina H-2K. I ri-sultati indicano che un ceppo mutanteH-2K può venire distinto, da topi adde-strati nel labirinto a Y, dal ceppo com-pagno, non mutante. Ciò suggerisce chenon è necessario cercare altri geni oltre aquelli già noti nel maggior complesso diistocompatibilità per spiegare l'indivi-dualità dei profili dell'odore.

Abbiamo ottenuto così una spiegazio-ne plausibile di come l'odore di sin-

goli animali, determinato geneticamen-te, sia costituito rispetto al maggiorcomplesso di istocompatibilità. Que-st'ultimo mostra un elevatissimo livellodi diversità genetica e i singoli geni chene fanno parte sono profondamente in-teressati nel riconoscimento e nella ri-sposta immunologici sia alle infezioni siaa materiali estranei come i trapianti. Ènoto, inoltre, che la diversità geneticadel maggior complesso di istocompatibi-lità è associata alla corrispondente di-versità di numerose variazioni anatomi-che, fisiologiche e dello sviluppo, checostituiscono, tra i membri di una qual-siasi specie, la normale gamma di varia-zioni strutturali e biochimiche. Ciò sug-gerisce che i geni del maggior complessodi istocompatibilità svolgano nello svi-luppo di un animale, a partire dall'uovofecondato, funzioni primordiali che pos-sono dipendere dal riconoscimento chi-mico, ma che si estendono molto piùall'indietro, nel tempo evolutivo, dellefunzioni altamente specializzate del si-stema di difesa immunologico.

Nessuno si sorprende che i gemellimonocoriali si assomiglino così tanto.Essi sono geneticamente identici e l'e-lemento della variabilità genetica cheinfluenza il loro aspetto esteriore è as-sente. Allo stesso modo, sembra proba-bile che animali inincrociati, genetica-mente identici, abbiano lo stesso odore;manca in essi l'elemento di variabilitàgenetica che ipoteticamente influisce suiprodotti riversati nell'urina o nei secreti.E bene ricordare che gli odori di compo-sti facilmente distinguibili possono esse-re prodotti semplicemente variando leproporzioni dei costituenti chimici di undato miscuglio di sostanze odorose.Questa variabilità nelle proporzioni,determinata da una variabilità nell'e-missione di metaboliti odorosi, che deri-va dalla variabilità genetica del maggiorcomplesso di istocompatibilità, sarebbesufficiente da sola a spiegare i singoliodori correlati a tale complesso.

Altri indizi che corroborano la nostrainterpretazione del sofisticatissimo mon-do olfattivo dei topi emergono da un'al-tra serie di esperimenti. Nel topo, duran-te la prima fase della gravidanza, fino aquattro giorni dopo il concepimento,l'embrione in via di sviluppo non è ancoraattaccato alla parete dell'utero materno,la quale si prepara all'annidamento del-l'embrione mediante una variazione del-l'equilibrio ormonale. Se, in questo pe-riodo, una femmina gravida viene separa-ta dal proprio partner e messa in pre-senza di un maschio estraneo o del suoodore (un maschio appartenente a unalinea geneticamente diversa da quelladel partner), il suo equilibrio ormona-le viene alterato e aumenta il rischio diaborto causato dal mancato annida-mento dell'embrione nell'utero.

Rendendoci conto che una differenzanei tipi H-2 permette a una femmina

gravida di distinguere l'odore di un topoestraneo da quello del proprio partner,abbiamo confrontato l'incidenza diaborti in femmine gravide isolate, a cuigiungeva l'odore di maschi genetica-mente identici al loro partner, con l'inci-denza di aborti in femmine simili, ma a

cui giungeva l'odore di maschi singeniciil cui tipo H-2 differiva da quello del loropartner. Il numero di aborti è stato assaipiù elevato quando il nuovo maschio (avolte sostituito dalla sua urina) proveni-va da un ceppo singenico. Abbiamo re-gistrato un incremento minore, ma signi-

X

ELIMINAZIONE DELLAPROGENIE b-NEGATIVA

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107

Il labirinto a Y del Monell Center è un dispositivo in cui i topi vengonoaddestrati a discriminare stimoli olfattivi correlati con il maggior com-plesso di istocompatibilità. L'aria è fatta uscire per mezzo di dueventole dalle camere di diffusione degli odori, a destra e a sinistra.Ogni camera possiede un coperchio attraverso il quale viene immessala fonte dell'odore, per esempio un campione di urina di topo. Lecorrenti d'aria passano nei bracci del labirinto, ognuno dei quali con-

tiene un tubo per l'acqua, il cui accesso è regolato da una barriera. Seun topo posto alla base della Y entra nel braccio giusto, la barriera sialza perché il topo possa raggiungere l'acqua. L'immissione degli odoria destra o a sinistra è determinata da una serie di numeri casuali. Untopo addestrato impiega due o tre secondi per scegliere il braccio incui entrare; la scelta viene eseguita senza compiere soste, o dopoavere fiutato l'ingresso ai bracci, o talvolta dopo una breve esitazione.

ficativo, nell'incidenza di aborti quandole femmine gravide sono state poste inpresenza di altre femmine singeniche ilcui tipo H-2 era diverso da quello delpartner maschile. Chiaramente l'odoredi un tipo H-2 non comune (anche senon accompagnato dallo stimolo delferormone, presente solo nell'urina deimaschi) può avviare eventi neuroendo-crini che producono uno squilibrio or-monale sfavorevole alla continuazionedella gravidanza.

][...ei informazioni chimiche sensoriali che

rivelano una particolare costituzio-ne genetica sono comunicate da un topoall'altro. Finora abbiamo tuttavia parla-to solo di un insieme di geni, quelli delmaggior complesso di istocompatibilità.e di una sola specie. il topo. Inoltre, ab-biamo ignorato una faccia della meda-glia. I due elementi di un sistema dicomunicazione sono, in primo luogo, laproduzione e la trasmissione del segnalee, in secondo luogo, la ricezione e larisposta che ne consegue. Chiaramente,la variabilità genetica che agisce sui sitidi ricezione dell'odore e, successiva-mente, sui sistemi nervoso ed endocrino

dell'animale, potrebbe essere un altroelemento del riconoscimento e della ri-sposta differenziali, in aggiunta alla va-riabilità genetica del segnale, di cui cisiamo finora occupati. Oltre a chiedersi,quindi, se un singolo topo potrebbe di-stinguere gli odori di due topi genetica-mente diversi, ci si potrebbe chiedere sedue topi geneticamente diversi potreb-bero percepire in modo diverso l'odoredi un singolo topo.

La presenza negli esseri umani di unaiposmia specifica, o variazione nella sen-sibilità agli odori, suggerisce che tra rice-zione di un odore e relativa risposta aesso vi sia una sintonizzazione genetica.Alcuni soggetti non percepiscono unaparticolare sostanza odorosa o la percepi-scono soltanto a una concentrazione no-tevolmente più elevata di quella percepi-ta da altri soggetti. Inoltre, la qualità del-l'odore è talvolta descritta in modo diver-so da un soggetto all'altro. Finora, tutta-via, nessuno studio sistematico è statoorientato esclusivamente alla variabilitàgenetica della risposta ai segnali ricevuti,contrapposta alla variabilità dei segnali(odori), nel contesto del riconoscimentosensoriale legato al complesso H-2.

Rimane il problema di come il nostrolavoro possa essere esteso ad altri genidel topo e ad altre specie. Consideriamoin primo luogo gli altri geni. La selezionedei partner sessuali, basata sugli odoricontrollati dal complesso H-2, influen-zerebbe direttamente la composizionegenetica delle popolazioni di topi soloper quanto riguarda il cromosoma 17,dove sono situati i geni del maggiorcomplesso di istocompatibilità (H-2). Segeni localizzati in altri punti del genomadi topo contribuiscono all'identificazio-ne di individui per mezzo dell'olfatto, laselezione legata alla riproduzione po-trebbe operare anche su altri cromoso-mi. Abbiamo scoperto che linee purenon affini, che posseggono lo stesso tipoH-2, possono venire distinte nel labirin-to a Y, dimostrando che l'intero genomadel topo partecipa in massa alla specifi-cazione dell'odore individuale.

È, tuttavia, improbabile che una qual-siasi regione cromosomica possa riva-leggiare con il complesso H-2 per quan-to riguarda la sua potenzialità di marca-re con l'odore singoli topi. In primo luo-go, non sono note altre regioni cromo-somiche che mostrino, da un topo all'al-

tro, una diversità costituzionale cosìpronunciata. Inoltre, abbiamo studiatonel labirinto a Y alcuni ceppi puri singe-nici che differiscono per una singola re-gione di un cromosoma che non è il cro-mosoma 17. Questi ceppi sono distin-guibili dai topi nel labirinto solo congrande difficoltà, o non lo sono affatto.

per concludere, accenneremo all'e-stensione delle nostre ricerche a

specie diverse dal topo. Per il lavorodescritto in questo articolo, i topi di la-boratorio sono stati indispensabili: essioffrono, infatti, ceppi puri singenici emutanti essenziali per il tipo di studi de-scritto. Ma ora possiamo cominciare adandare oltre. Il primo passo che abbia-mo compiuto è stato lo studio della ca-pacità dei ratti (una specie diversa del-l'ordine dei roditori) di distinguere i topisingenici in base ai tipi H-2. I ratti mo-strano maggiori capacità e sono più ad-destrabili dei topi, cosicché abbiamopotuto impiegare un olfattometro au-tomatico, un dispositivo da noi costruitoe che semplifica decisamente l'analisi.Sotto il controllo di un microcalcolatore,l'olfattometro fa passare una corrented'aria su uno qualsiasi di sette campionidi odori e quindi somministra una quan-tità definita di quest'aria impregnata diodore a un ratto situato in una camera diprova (preparato all'esperimento me-diante limitazione nella somministra-zione di acqua). Il ratto stesso dà inizio aogni prova: i sensori situati sopra e sottoil suo corpo segnalano quando ha il nasoin posizione adatta per ricevere lo stimo-lo. Se l'odore somministrato è quello peril quale alla risposta data corrispondeuna ricompensa, il ratto deve toccareuna leva posta vicino alla sua testa perricevere una goccia d'acqua. Abbiamocosì addestrato con successo i ratti a di-stinguere i tipi H-2 di topi singenici.

È un passo considerevole da compierequello che va dal riconoscimento del-l'individualità genetica nei roditori a unargomento di perenne importanza comel'identificazione e l'inseguimento di es-seri umani da parte dei cani. Il punto dipartenza logico consisterà nel valutare lacapacità dei cani di distinguere i tipi H-2di topi singenici, posponendo in talmodo le complicazioni che derivano dal-la variabilità genetica globale e che do-vranno essere prese in considerazionenel saggiare la capacità dei cani di rico-noscere i tipi HLA nell'uomo (una pre-visione avanzata da Lewis Thomas più didieci anni fa). La connessione con imammiferi, una classe di vertebrati chesi è evoluta meno di 100 milioni di annifa, ci induce a pensare che ciò che siapplica ai topi e ai ratti si applicheràalmeno ad altre specie di mammiferi conun olfatto sufficientemente sviluppato.Forse anche soggetti umani, posti incondizioni adeguate, possono percepirei tipi HLA di altri individui e non è im-possibile che questa capacità scateni del-le risposte fisiologiche.

EMISFERO SINISTRO E DESTRO DEL CERVELLODIALOGANO PER CREARE L'UOMO DEL FUTURO

RIVOLUZIONARIOESPERIMENTO DIDATTICO

l'efficacia di un metodo psichicodimostrata da fatti concreti

• Gli allievi di due scuole medie hannoottenuto la capacità di «chiedere» allaparte destra del cervello un totale con-trollo psicofisico ed un aumento con-siderevole del proprio rendimento.• Il manuale «IL MATTINO DELLAMENTE» documenta con le testimo-nianze di allievi e professori l'esperi-mento ed il METODO ricavato da esso.• Vi insegna a conoscervi veramente,a «dialogare» con voi stessi, per rag-giungere una reale serenità, difenderela salute psicofisica ed utilizzare glo-balmente le grandi risorse della mente.• Dimostra che è possibile costruirecon facilità una Società notevolmentepiù SANA, CREATIVA, PRODUTTIVA,PACIFICA.

Ecco le dichiarazioni di alcuni allievi:

«Mi sono fatta passare il dolore alla gamba perché ero caduta giocando a pallavolo,ho imparato a disegnare meglio e a suonare meglio il flauto».

MONICA DALLA MUTTA

«Da notare che con gli esercizi mi feci passare il mal di testa e la stanchezza, feci untema pieno di idee...». MARCO MAROCCO

«...Poi è stata anche l'ultima volta che avevo un altro sintomo: mi era passata lasinusite». ANTONIO LAVORATO

«Una volta avevo mal di denti e col Training mi è passato».GIORDANO FANTON

»Avevo una bolla d'acqua a un dito, ho chiesto che mi sparisse e se ne è andata, dopoventi minuti». UGO MACCHIA

«Prima di essere interrogata faccio la procedura di richiamo e poi, quando la professo-ressa ci interroga, io tiro fuori tutto quello che ho letto al pomeriggio».

SIMONA SQUIZZATO« Sono riuscita a farmi cicatrizzare le ferite dopo due volte che ho fatto la procedura dirichiamo». ENZA BARRESI

»lo lo usai lunedì pomeriggio: per scherzo, su un piede che mi faceva male e per cuisono in cura: dopo un po' di Training mi è passato subito».

MARCELLO PATTI

«...Ho avuto dei risultati molto soddisfacenti; come tutto in un colpo mi sembra di es-sere più intelligente...». GUIDO GIUSTETTO

Quasi tutti gli alunni che hanno partecipato al corso hanno ottenuto risultati simili aquesti: si è conseguita una percentuale di riuscita elevatissima; i professori hannoconfermato le dichiarazioni dei loro allievi e riscontrato un considerevole migliora-mento didattico e disciplinare.

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