La Stampa, 23 novembre 2016
Dalla doppia elica alla matassa. Ora il genoma si studierà in 3D
La sua composizione è nota dall’inizio del secolo: il numero di geni è prossimo a 25mila, quello delle basi azotate superiore a 3,2 miliardi. Nuovissima, invece, è la ricostruzione della struttura tridimensionale del genoma umano, realizzata da cinque ricercatori, tra cui due della Sissa, la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste: Marco Di Stefano e Cristian Micheletti.
La scoperta è considerata cruciale, «poiché la forma dei cromosomi può avere un’influenza decisiva sul loro funzionamento ed è fondamentale conoscerla», spiega Micheletti, che con il suo gruppo studia la cinetica di biomolecole quali gli acidi nucleici e gli enzimi. La forma del filo di Dna che rappresenta il «codice della vita», in effetti, può essere molto articolata. Non per questo caotica, però. La matassa in cui si trovano i cromosomi nel nucleo è solo apparentemente disordinata, ma in realtà è organizzata secondo una «geografia» precisa e tipica per i vari tessuti e i diversi stadi di vita cellulare. Una prima ricostruzione emerge dal lavoro di Micheletti e Di Stefano, pubblicato dalla rivista «Scientific Reports».
Oltre alla sequenza, dunque, anche la forma del Dna incide in modo significativo sull’evoluzione dei processi biologici. La ricostruzione degli scienziati è giunta al termine di una trafila laboriosa e affascinante. Per spiegare la modalità di svolgimento del loro percorso, i ricercatori hanno paragonato il sequenziamento del genoma alla scrittura della serie esatta dei colori delle perline di una collana: pur sapendo come queste si succedono lungo il filo, si rimane all’oscuro della forma della collana, cioè di come questa sia ripiegata nello spazio. I fili di perline, nel nucleo della cellula, corrispondono ai cromosomi: ovvero le unità funzionali in cui il Dna si compatta. Di queste, oggi, possiamo determinare la sequenza, ma non la forma.
Per ricavare quest’ultima, quindi, gli scienziati sono partiti dalle informazioni indirette sulle «coppie di prossimità» a loro disposizione. Tali si definiscono due punti del genoma attigui. Facendo incetta di materiale utile, proprio come si cercano le tessere di un puzzle per completarlo, i ricercatori hanno ricostruito una mappa il più possibile aderente alla realtà. Spiega Micheletti: «È come se avessimo recuperato la mappa di una città partendo da informazioni elementari: sapevamo che la posta si trova davanti alla stazione, che la farmacia è vicina alla palestra e che il mercato è a due passi dal campo da calcio». Indicazioni grossolane, a prima vista, ma che, messe in fila una dopo l’altra, «restituiscono un’istantanea molto più precisa».
Dopodiché gli studiosi hanno deciso di attingere a un database pubblico di «coppie di prossimità». Da qui sono state estratte le informazioni mancanti per ricostruire un modello virtuale 3D del genoma. «Più coppie si usano, più preciso sarà il modello tridimensionale ottenibile», aggiunge Di Stefano, oggi ricercatore al Centro Nazionale di Analisi Genomica «Cnag-Crg» di Barcellona. A rinsaldare le risultanze del lavoro sono stati alcuni nuovi dati sperimentali che riguardano proprio le «coppie di prossimità». «Temevamo che la serie aggiuntiva potesse entrare in conflitto con il modello ottenuto, mentre abbiamo osservato che l’assetto rimaneva simile al precedente».
La ricostruzione illustrata nella ricerca è considerata prossima, ma non assolutamente identica al dato reale. L’obiettivo – chiosano i due scienziati – è «svelare con sempre maggiore dettaglio la forma del Dna racchiuso nelle nostre cellule».