Il Danio rerio, comunemente chiamato pesce zebra, è presente in numerosi acquari di appassionati del settore. Non tutti sanno, però, che questo pesce viene utilizzato in numerose ricerche scientifiche in ambito medico poiché ha molte cose in comune con l’uomo.
IN BREVE
Indice
IL PESCE ZEBRA E LA STRAORDINARIA SOMIGLIANZA CON L’ESSERE UMANO
Il Danio rerio, chiamato anche pesce zebra, è un pesce d’acqua dolce appartenente alla famiglia dei Ciprinidi e, pian piano, sta prendendo sempre più piede tra gli organismi modello utilizzati nella ricerca scientifica in ambito medico. Come avevamo visto in precedenza, infatti, sono state studiate alcune patologie scheletriche, attraverso il collagene di questo animale. Molti studi farmacologici, tossicologici, genetici e oncologici hanno utilizzato questo organismo in quanto le sue dimensioni ridotte e i suoi celeri ritmi riproduttivi sono estremamente adatti per saggi in vivo su larga scala.
Oltre a queste due caratteristiche, non meno importante, abbiamo il fatto che il pesce zebra è un vertebrato e questo elemento favorisce la sua somiglianza all’uomo rispetto ad altri organismi modello come Caenorhabditis elegans (nematode) o Drosophila melanogaster (insetto).
La prima volta che il Danio rerio fu identificato come organismo geneticamente trattabile fu negli anni ’80 e il progetto di sequenziamento del suo intero genoma è stato avviato al Wellcome Trust Sanger Institute, un istituto di ricerca genomica e genetica con sede a Hinxton, vicino Cambridge, nel Regno Unito.
In un articolo del 2013, pubblicato su Nature, si legge che il pesce zebra possiede ben 26.206 geni codificanti proteine, più di qualsiasi altro vertebrato sequenziato precedentemente, e nel nostro genoma, il 71,4% dei geni ha almeno un gene ortologo (geni omologhi presenti in specie diverse ma correlate) di pesce zebra. Un’altra caratteristica peculiare di questi animali è il loro aspetto vitreo: la trasparenza è un vantaggio per l’osservazione diretta di processi fisiologici e cellulari in tempo reale, motivo per cui, il Danio rerio è considerato il modello principale per numerosi studi della biologia dello sviluppo.

MORFOLOGIA
Il Danio rerio viene chiamato pesce zebra per le cinque strisce orizzontali sul lato del corpo, che ricordano, appunto, una zebra e che si estendono fino alla fine della pinna caudale. Il corpo è fusiforme e compresso lateralmente, con l’apertura boccale rivolta verso l’alto. La differenza tra i maschi e le femmine è data dalla grandezza del corpo in quanto le femmine, durante il periodo riproduttivo, sono leggermente più grandi e dalla colorazione: il Danio rerio maschio presenta strisce dorate tra le classiche strisce blu, mentre il Danio rerio femmina ha un ventre biancastro e strisce argentate anziché dorate. Le femmine adulte, inoltre, presentano una piccola e prominente papilla genitale, piccolo tubo carnoso, dietro l’ano, da cui vengono rilasciate le uova, davanti alla pinna anale.
Esistono diverse varietà di questo animale come per esempio il Danio rerio “pinne a velo”, “pinne a velo albino”, “pinne a velo leopardo” e il Danio rerio leopardo.
Un’altra varietà molto famosa è il Danio rerio fluorescente che fa parte del gruppo dei GloFish: pesci geneticamente modificati fluorescenti. Nel 1999, furono avviati degli studi sui geni che codificano per la proteina GFP, responsabile del colore fluorescente verde della medusa Aequorea victoria. Attraverso questa caratteristica peculiare di questo idrozoo, l’obiettivo era quello di inserire i geni responsabili all’interno dei pesci, tra cui il Danio rerio, in modo da renderli capaci di identificare sostanze inquinanti diventando fluorescenti al contatto con sostanze chimiche inquinanti contenenti una determinata tossina. Svilupparono anche altre varietà come il Danio rerio fluorescente rosso e di colore giallo-arancio.
Il Danio rerio, se allevato in cattività, può raggiungere una lunghezza di circa 5 cm, anche se in natura sono più piccoli e possono presentare alcune variazioni a seconda della nicchia ecologica. La durata di vita di un pesce zebra nato in cattività è di circa due o tre anni.

HABITAT
Il pesce zebra è un pesce di acqua dolce, diffuso in India, Pakistan, Bangladesh, Nepal e in Bhutan. Gli adulti vivono in ruscelli, canali, fossati e stagni. Si nutrono di vermi, piccoli crostacei e anche di larve di insetti.
RIPRODUZIONE E SVILUPPO
La deposizione delle uova è influenzata dalla temperatura e inizia con la stagione dei monsoni. L’accoppiamento tra Danio rerio maschio e femmina avviene dopo un corteggiamento che consiste in inseguimenti, da parte dei maschi, delle femmine ricche di uova. Il tutto termina nel momento in cui i due si affiancano e rilasciano uova e spermi. Le uova fecondate, poi, vengono deposte sul fondo e inizierà lo sviluppo. Lo spermatozoo passerà attraverso un piccolo canale, il micropilo, che si chiuderà non appena farà il suo ingresso, iniziando così la fecondazione. Quest’ultima comporta il completamento della meiosi, l’espulsione del secondo globulo polare e la formazione di un disco germinale, al polo animale, che sormonta la massa citoplasmatica contenente tuorlo. L’uovo del Danio rerio è un uovo telolecitico (riserve molto abbondanti di vitello) e la grande quantità di tuorlo presente nel citoplasma prevede una segmentazione meroblastica (parziale) discoidale. Dopo numerose divisioni di segmentazione, si arriva alla condizione di blastula e dopo circa 5 ore cominciano a manifestarsi ulteriori movimenti morfogenetici che indicano l’inizio della gastrulazione. Quest’ultima fase termina tra la decima e la ventiquattresima ora dopo l’inizio della fecondazione e inizia l’organogenesi con un evidente accrescimento dell’estremità caudale e un allungamento dell’embrione secondo l’asse antero-posteriore. Contemporaneamente, è possibile osservare numerosi abbozzi di organi con relativa segmentazione del corpo riguardante la differenziazioni di tessuti muscolari, scheletrici e nervosi.
Avverranno, quindi, due fasi importanti:
- Somitogenesi: formazione di somiti, blocchi di mesoderma parassiale, che daranno origine a cartilagine, tendini, muscoli scheletrici, endotelio e derma;
- Neurulazione: differenziazione del sistema nervoso.
Successivamente alla formazione dei somiti, l’embrione appare ricurvo come se fosse avvolto intorno al sacco vitellino e tra le 24 e le 48 ore, dalla fecondazione, ci sarà la perdita di questa curvatura causata dal riassorbimento delle riserve di tuorlo. Si assisterà ad un proseguimento dell’organogenesi con la formazione del tubo cardiaco, formazione delle pinne e formazione del tubo digerente.

IL DANIO RERIO NELLA RICERCA SCIENTIFICA
Come abbiamo anticipato all’inizio dell’articolo, il Danio rerio è stato protagonista di numerose scoperte scientifiche. Qui sotto, vi illustreremo tre studi di ricerca medica riguardanti il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la leucemia, in cui il pesce zebra è stato utilizzato come organismo modello.
Gli studi sull’Alzheimer
Sempre su Nature, nel 2018, viene pubblicato un altro articolo sul pesce zebra in relazione allo studio della malattia di Alzheimer e alla scoperta di nuovi farmaci neurospecifici. Nell’abstract, si legge chiaramente che tra il Danio rerio e l’uomo vi è un alto grado di somiglianza neurologica e comportamentale che lo rendono un potente organismo vertebrato modello per lo studio delle malattie neurodegenerative umane.
I modelli di pesce zebra sono stati utilizzati per simulare la patologia del morbo di Alzheimer in quanto le vie neuroanatomiche e neurochimiche del cervello del Danio rerio mostrano una profonda somiglianza con quello umano. Grazie alla trasparenza, è in grado di fornire una visione migliore dell’attività neuronale in modo non invasivo. Questi enormi vantaggi permettono la realizzazione di nuovi approcci per il trattamento della malattia di Alzheimer, senza tralasciare il fatto che, vivendo in un habitat piuttosto semplice, è possibile allevare i pesci zebra in modo economico. Inoltre, è molto semplice effettuare manipolazioni transitorie delle attività genetiche.
Come spiegato nel paragrafo precedente, il pesce zebra possiede un genoma contenente diversi geni ortologhi, che nel caso dello studio dell’Alzheimer, sono simili a quelli mutati nella malattia. Gli studi si sono articolati su vari aspetti: comportamento, udito, vista, disturbi del sonno, corteggiamento, interazioni sociali, processi decisionali e ansia.
Aspetto molto importante è la rigenerazione di cellule neurali di questi pesci: argomento che apre nuovi orizzonti per approfondire la comprensione dei programmi molecolari necessari per la rigenerazione del sistema nervoso dei mammiferi.
Oltre a numerosi vantaggi, però, ci sono degli svantaggi da tenere in considerazione. I farmaci vengono aggiunti nell’acqua ma la quantificazione del composto chimico che viene assunto dal pesce è imprevedibile in quanto le sostanze possono essere assorbite in maniera casuale attraverso le branchie e la pelle. Nonostante questo, a differenza del topo, il Danio rerio ha mostrato numerose caratteristiche vantaggiose per lo studio di questa malattia e meccanismi molecolari che spingono i ricercatori ad approfondire l’utilizzo di questo animale nei laboratori.

Gli studi sul Parkinson
Sulla rivista scientifica Frontiers, è stata pubblicata una revisione sistematica che include diversi studi sul Parkinson e su differenti disturbi del movimento come la distonia, il tremore essenziale e la malattia di Huntington. Qui, il Danio rerio è stato la chiave per comprendere meglio diversi meccanismi genetici implicati in queste malattie e la somministrazione di farmaci è facilitata dall’ambiente acquatico.
Per lo screening di nuovi farmaci, sono stati generati e caratterizzati pesci zebra transgenici, knockdown e mutanti che includevano caratteristiche biochimiche e neurocomportamentali conservate nell’uomo. Tuttavia, l’uso del pesce zebra richiede ancora un’ulteriore ottimizzazione in grado di consentire una maggiore comprensione, a livello molecolare, di questi disturbi, in grado di affiancare le scoperte di nuovi farmaci.
Il morbo di Parkinson e il parkinsonismo rappresentano le sindromi ipocinetiche più frequenti che includono: acinesia (incapacità di iniziare movimenti volontari); bradicinesia (lentezza dei movimenti volontari); disturbi dell’andatura e dell’equilibrio; fenomeno di congelamento (assenza o riduzione del passo in avanti durante la camminata); rigidità (resistenza ai movimenti articolari imposti esternamente).
Gli effetti dell’esposizione all’MPTP (1-metil 4-fenil 1,2,3,6-tetraidro-piridina), noti per causare la perdita di neuroni dopaminergici (il cui principale neurotrasmettitore è la dopamina) e il parkinsonismo nell’uomo, sono stati studiati nel pesce zebra in tutte le fasi dello sviluppo: embrionale, larvale e nell’età adulta. È stato visto che L’MPTP causa una perdita specifica di neuroni dopaminergici, una diminuzione dei livelli di dopamina, noradrenalina e serotonina e alterazioni della motilità nelle larve di pesce zebra. Un pesce zebra trattato con MPTP, infatti, presenta un marcato rallentamento nel nuoto, movimenti irregolari e fenomeni di congelamento.
Diversi tipi di farmaci testati su diverse linee di pesce zebra hanno evidenziato diversi miglioramenti nella locomozione, come anche nell’uomo, rendendo così evidente che alcuni tipi di meccanismi molecolari vengono condivisi sia da mammiferi che da pesci zebra per un discorso di omologia di geni.

Gli studi sulla leucemia
Anche in questo campo, diversi studi sono stati effettuati sul Danio rerio. La leucemia comprende diverse neoplasie ematologiche che inducono l’espansione delle cellule del sangue a partire dal midollo osseo. Molti geni del pesce zebra, mutati nella malattia e nel cancro, hanno dimostrato evidenti somiglianze con l’uomo.
Per la precisione, in un articolo pubblicato su Frontiers, sono stati elencati ben 6 vantaggi dell’utilizzo del pesce zebra negli studi di ricerca sulla leucemia:
- Rapido sviluppo e fecondità: screening genetico e farmacologico su larga scala;
- Linee specializzate: trapianto in animali singenici, immunodeficienti e trasparenti;
- Imaging preciso: monitorare il tumore trapiantato, schermo transgenico;
- Somiglianza genomica con l’uomo: genoma completamente sequenziato, condividono l’82% di geni che causano malattie;
- Editing del genoma: knockouts mirati e mutazioni di geni associati a leucemie umane;
- Facilità di transgenesi: microiniezioni in embrioni monocellulari.
L’utilizzo del pesce zebra come organismo modello è ancora in crescita e il numero delle ricerche scientifiche che utilizzano questo animale è sempre più alto. Difficile pensare che un animale di questo genere sia così vicino a noi ma la scienza ci insegna che nulla è come sembra.

Fonte
- Zebrafish as an Animal Model for Drug Discovery in Parkinson’s Disease and Other Movement Disorders: A Systematic Review
Frontiers - Zebrafish: an emerging real-time model system to study Alzheimer’s disease and neurospecific drug discovery
Nature - Genetic Models of Leukemia in Zebrafish
Frontiers - Danio rerio
FishBase - Atlante di embriologia
Franquinet, Foucrier