FATTORI GENETICI

FATTORI GENETICI

La possibilita' di estrinsecare resistenza per via genetica va interpretata tenendo conto delle connessioni che legano i geni ai prodotti della propria espressione. Sono infatti i polipeptidi che dai geni derivano a modificare le vie metaboliche secondo moduli atti a sviluppare resistenza. I percorsi genetici attuabili dagli organismi per contrastare l'azione dei fitofarmaci sono sicuramente molteplici ma, nonostante cio', non tutte le popolazioni sono in grado di esprimere un sufficiente "pool" di alleli per la resistenza. La gia' citata piralide rappresenta solo un caso del genere; la rarita' di genomi resistenti espressi dagli insetti agli arsenico-derivati e da parte dei patogeni verso i fungicidi sono altri esempi ancora. Ma questo nulla toglie alla estrema generalizzazione del fenomeno, ritrovabile anche nei microrganismi ove viene ad assumere una ampia valenza ecologica. Nei Batteri, infatti, i geni che conferiscono la resistenza agli antibiotici e ad altri prodotti tossici sono spesso contenuti su plasmidi (fattori R) oltreche' sul cromosoma. La rapida diffusione in anni recenti di fattori di resistenza ha avuto importanti conseguenze nella pratica medica. Di molti batteri patogeni una volta controllabili con antibiotici ed altri agenti chemioterapici, sempre piu' spesso si incontrano oggi ceppi altamente resistenti a farmaci a causa della presenza dei fattori R. Questi fattori si trasmettono per via di trasferimenti coniugativi all'interno delle popolazioni batteriche e vengono mantenuti dalla pressione selettiva del trattamento con chemioterapici. Il numero di sostanze inibenti per cui la resistenza e' cresciuto fino a comprendere quasi tutti gli antibiotici, molti altri agenti chemioterapici ed una grande varieta' di metalli pesanti, tra cui il mercurio, il cadmio, il nichel ed il cobalto. I geni plasmidici spesso codificano per la sintesi di enzimi che inattivano chimicamente il farmaco o lo espellono dalla cellula per mezzo di un trasporto attivo; talvolta essi codificano forme ridondanti dell'enzima su cui si esplica l'azione del farmaco. Le mutazioni cromosomiche che conferiscono resistenza ai farmaci, invece, di solito provocano la modificazione della struttura cellulare da questi inibita, in modo da renderla insensibile alla loro azione. In Tab. 2 e' indicato il meccanismo d'azione dei prodotti di alcuni geni plasmidici di resistenza ai farmaci.

Tab. 2- Prodotti di alcuni geni plasmidici che codificano per la resistenza agli antibiotici e loro meccanismo d'azione. 

Gene	Conferisce 	Proteina codificata	Modalita' d'azione* 
        resistenza a: 

Cm	Cloramfenicolo	Acetiltransferasi	Acetila l'antibiotico
Sm	Streptomicina	Adeniltransferasi       Adenila l'antibiotico 
			Fosfotransferasi        Fosforila l'antibiotico 
Sp	Spectinomicina	Adeniltransferasi	Adenila l'antibiotico
Tc	Tetraciclina	Proteine Tet		Elimina l'antibiotico dal 
						citoplasma *
Ap	Ampicillina	b-Lattamasi		Idrolizza l'anello a quattro
						atomi delle penicilline ** 

* Le varie modificazioni chimiche di questi antibiotici ne
distruggono l'attivita'  anticrobica: 

** Queste proteine svolgono la loro azione
trasportando l'antibiotico al di fuori della  cellula.
Negli Artropodi le principali vie aperte all'azione dei fattori genetici della resistenza sono: -detossificazione dei principii chimici; -alterazione dei siti bersaglio; -riduzione della penetrazione dei prodotti tossici per via cuticolare. Una volta che gli alleli della resistenza si sono formati, assume importanza la frequenza iniziale con cui si presentano. Una frequenza iniziale alta rende piu' rapida l'affermazione della resistenza. Tuttavia, una elevata frequenza potrebbe non essere significativa qualora risultasse ridotta la consistenza numerica della popolazione ("effetto Allee"), in quanto maggiori sono le difficolta' di realizzazione degli accoppiamenti e, quindi, di crescita della popolazione stessa. L'importanza della frequenza iniziale si manifesta allorche' alla popolazione venga imposta una situazione di equilibrio instabile, per la quale, detta frequenza, appare una delle cause determinanti, unitamente a: -pressione selettiva; -quote di migrazione; -relazione di dominanza sussistente tra gli alleli per la resistenza (R) e gli alleli per la sensibilita' (S); -"fitness" degli alleli resistenti. In una ampia popolazione che abbia appena avviato il processo di selezione della resistenza, gli individui omozigoti resistenti (RR) si presentano, verosimilmente, in bassa frequenza. Se gli alleli della resistenza sono recessivi, l'applicazione di dosaggi sufficientemente alti consente l'eliminazione di tutti gli omozigoti sensibili (SS) e degli eterozigoti (RS). I soli RR rimasti possono dare luogo ad una popolazione resistente ma, qualora subissero l'influsso di migranti sensibili (SS) in alto numero, la generazione successiva verrebbe ad essere costituita, per lo piu', da omozigoti sensibili ed eterozigoti (Fig. 4). Una popolazione cosi' costituita puo' essere tenuta agevolmente sotto controllo per la bassa frequenza degli alleli R.

Fig. 4- Schema rappresentativo di equilibrio instabile in una popolazione resistente dovuto alla immigrazione di soggetti sensibili.

Gli alleli per la resistenza sono comunemente interpretati come mutanti preesistenti nella popolazione prima del trattamento. Pertanto, nelle condizioni ambientali precedenti al trattamento, tali alleli si presentano con bassa "fitness"; la loro frequenza oscilla infatti tra 10-4 e 10-2 (nel caso si tratti di singole mutazioni puntiformi), con frequenza dei genotipi RR ridotta della meta'. La dominanza di un allele per la resistenza tipicamente dipende dal dosaggio applicato. In genere l'applicazione di piccole dosi consente agli eterozigoti di sopravvivere mentre, a dosi sufficientemente elevate, soccombono anch'essi. Nel primo caso, con DS ("small dose") la resistenza e' funzionalmente dominante mentre nel secondo caso, con DL ("large dose") e' funzionalmente recessiva. Alla sostituzione di un allele "wild type" con uno per la resistenza sono molto spesso associati effetti pleiotropici che, almeno inizialmente, si riflettono in modo deleterio sulla capacita' adattativa dell'individuo, in quanto elementi di perturbazione di un genoma perfettamente adattato all'ambiente. Solo successivamente, continuando la pressione selettiva e, quindi, modificandosi le caratteristiche ambientali per la presenza del pesticida, la resistenza e gli effetti pleiotropici associati si esplicano con vantaggi per la popolazione. Questa situazione produce una iniziale instabilita' della resistenza. Col tempo non necessariamente tale instabilita' viene rimossa in quanto non legata alle sole differenze nella "fitness". In merito esiste variabilita' sulla base del meccanismo coinvolto nel determinare la resistenza. Difatti, una passata selezione esercitata con certi prodotti, pu˜ facilitare l'evoluzione di forme di resistenza verso altri attraverso il meccanismo di resistenza incrociata ("cross- resistance"), che pu˜ esplicarsi anche tra principii attivi appartenenti a classi diverse. Classico e' il fenomeno di resistenza incrociata manifestatosi tra DDT e piretroidi e dovuto al gene per la resistenza denominato kdr ("knock-down resistance"). Pur essendo chimicamente distanti, il meccanismo di azione accomuna clororganici e piretroidi, poiche' esplicano la loro funzione tossica interferendo con la pista del sodio ("sodium gates") lungo gli assoni delle cellule nervose (Fig. 5).

Fig. 5- Schema di una cellula nervosa ove risultano evidenziati i siti di attacco del Na+.

L'allele kdr altera le proprieta' delle membrane assoniche rendendole meno recettive al principio attivo. Inoltre, riesce spesso ad instaurare rapporti di interazione con altri meccanismi di detossificazione. Nelle popolazioni di mosca domestica sono stati riscontrati almeno due casi di cooperazione tra l'allele e gli enzimi metabolizzanti le molecole tossiche. Il primo di questi casi si riferisce alla concorrenza dell'allele kdr e dell'enzima Deh (DDT-deidroclorinasi) nel neutralizzare la molecola del DDT. Il secondo caso di interazione rilevato riguarda la funzione potenziante svolta dall'allele kdr sulla esterasi E.O. 33 nel contrastare l'azione dei piretroidi. Questa esterasi e' stata selezionata per via di trattamenti con gli organofosfati Malathion e Trychlorphon e, da sola, esercita una azione blanda nel detossificare i piretroidi. La presenza del meccanismo kdr la rende atta anche alla inibizione di questi prodotti. Fenomeni analoghi sono stati riscontrati anche nelle popolazioni di dorifora della patata del Long Island che, in 7 anni, ha acquisito resistenza al DDT e, in tempi piu' ridotti, ad altri principii attivi:

La resistenza legata ai fattori genetici si presta ad uno studio di tipo statistico, applicando i concetti relativi alle dinamiche di popolazione. Una analisi di questo tipo richiede il ricorso a strumenti matematici, da adattare alle oggettive considerazioni che derivano dalle osservazioni pratiche e sperimentali. Dalla elaborazione di certi modelli si possono trarre importanti indicazioni ai fini della impostazione del "management" della resistenza, riassumibili in: