22 marzo 2017
DNA PER SETTE
Al Palazzo delle Esposizioni di Roma, fino al 18 giugno, la mostra “Dna. Il grande libro della vita da Mendel alla genomica” (Bonfranceschi, Rep).
La sigla Dna sta per Acido Desossiribonucleico.
Il Dna è la lunga molecola a forma di doppia elica che racchiude il codice della vita, ossia l’insieme delle istruzioni necessarie per dare origine ad un organismo. È stato scoperto nel 1953 da James Watson e Francis Crick. È un codice basato sulla combinazione di quattro le lettere: A, C, T, G. Sono le iniziali di adenina, citosina, timina e guanina. Ciascun gruppo di tre lettere corrispondente a un singolo amminoacido ed esistono 20 di questi veri e propri mattoni della vita. Gli amminoacidi possono combinandosi in una miriade di varianti per produrre le proteine più diverse.
Si calcola che in ognuna dei 100.000 miliardi di cellule del corpo umano ci siano tre miliardi di lettere del Dna e che se l’intera molecola del Dna umano fosse srotolata e allineata in un’unica striscia coprirebbe la distanza fra Terra e Sole oltre 600 volte.
Un libro che contenesse tutte le informazioni scritte nel genoma umano sarebbe alto 61 metri, tuttavia solo una minoranza delle informazioni contenute in esso sono dotate di senso. Ben il 97% del Dna umano non ha funzioni che siano conosciute e fino a non molto tempo fa era bollato come “spazzatura”. Adesso si sa che questo Dna apparentemente privo di senso è in realtà molto importante e in molti casi sembra rivestire il ruolo di un vero e proprio regista dell’informazione genetica.
Nel genoma umano ci sarebbero tra i 20 e i 23 mila geni. Nel 2000 si pensava che potessero essere addirittura 150 mila.
Sorprendentemente, il numero di geni umani sembra essere solo poco più del doppio rispetto a quello di organismi molto più semplici, come Caenorhabditis elegans e Drosophila melanogaster.
Ogni cellula contiene un testo lungo 3.000 volte i Promessi sposi.
Gregor Johann Mendel, abate di Brno, in Moravia, oggi considerato il padre della genetica, rimase un genio misconosciuto fino ai primi del Novecento. A metà Ottocento, nel suo monastero, incrociando piante di piselli, aveva scoperto le leggi che regolano la trasmissione dei caratteri ereditari. Ma quando provò a pubblicizzare i suoi lavori, spedendo compendi delle sue ricerche in giro per l’Europa, nessuno lo prese sul serio. Tanto che alla fine abbandonò gli studi che lo avevano tanto appassionato.
Si calcola che Mendel abbia coltivato, fino al 1868, circa 24.000 piante di piselli.
Nei primi del 1900 le leggi di Mendel furono riscoperte da diversi scienziati. A quel punto si affermarono rapidamente, tant’è che già nel 1910, a Brno, Mendel fu celebrato con una piazza e un museo.
Mendel non s’era mai scoraggiato: «Verrà il mio tempo», amava ripetere.
Le scoperte di Mendel avevano gettato le fondamenta della strada che negli anni a venire avrebbe portato alla medicina personalizzata, all’ingegneria genetica, alla terapia genica, alla biologia sintetica, alla genetica forense.
Prima di Mendel la teoria prevalente sull’ereditarietà era quella del mescolamento, secondo la quale il materiale ereditario era un fluido. Questa teoria conteneva però una conseguenza che non trovava riscontro nella realtà: per esempio la progenie di un incrocio tra un genitore nero e uno bianco avrebbe dovuto dare una progenie di colore grigio e l’incrocio tra individui di questa progenie avrebbe dovuto dare sempre figli grigi. Questo perché, come nel caso di una miscela di una vernice nera e una bianca, non sarebbe stato più possibile separare i due colori a causa del loro mescolamento.
Per una decina d’anni Mendel lavorò invano su varie piante, dalla zucca al melo, e solo nel 1865 si dedicò ai piselli, imbattendosi finalmente in una specie con caratteri facilmente riconoscibili, quali il seme liscio o rugoso, il baccello verde o giallo, eccetera. Mendel incrociò varietà con caratteri contrapposti, e scoprì che in nessun caso si ottenevano incroci con caratteri intermedi. Piuttosto, i caratteri originari venivano trasmessi invariati, e si distribuivano sempre in proporzione di tre a uno. Mediante incroci successivi, Mendel riuscì a stabilire che nella riproduzione sessuale ciascun genitore è portatore di due copie dell’informazione genetica relativa a uno stesso carattere, una sola delle quali si trasmette ai figli.
Anche le espressioni facciali fanno parte dei caratteri ereditari individuati negli studi pioneristici di Mendel.
Ronald A. Fisher (1890-1962), genetista e grande statistico, pur riconoscendo il valore delle ricerche di Gregor Mendel sull’ereditarietà, sosteneva che queste davano risultati ineccepibili ma troppo puliti, troppo vicini cioè al modello teorico. Secondo Fisher, Mendel si arrabbiava se i suoi esperimenti sulle piante non andavano per il verso giusto e il suo giardiniere, uomo intelligentissimo, aveva capito bene quello che si aspettava da essi e faceva sì che andassero per il verso giusto. Quindi, per certi aspetti, il vero padre della genetica e del Genoma sarebbe il giardiniere di Mendel.
Il genetista statunitense Thomas Hunt Morgan è famoso per i suoi esperimenti sulle drosofile, i moscerini della frutta. Grazie alla drosofila, Morgan scoprì che i geni sono disposti linearmente sui cromosomi. E riuscì a dimostrare che cromosomi e geni vengono trasmessi in modo conforme a quanto previsto dalle leggi di Mendel. Questi studi gli valsero il Nobel per la medicina nel 1933. Sessantasette anni dopo, nel 2000, venne pubblicata la sequenza del genoma dell’insetto.
Thomas Hunt Morgan, studioso del moscerino, voleva chiamare Drosophila una sua figlia (ne fu impedito poi dalla moglie).
Nell’Urss di Stalin la genetica fu bollata come “falsa scienza borghese”, punita col Gulag.
Nell’Italia degli anni Trenta l’agronomo Nazareno Strimpelli sperimentò le tecniche di ibridazione sul grano, portando alla nascita di diverse varietà di frumenti.
Nel 1953 James Watson e Francis Crick scoprirono la struttura a doppia elica del Dna, ufficialmente illustrata con un articolo scarno ed essenziale, una pagina e un’illustrazione, nel numero di aprile della rivista scientifica Nature. «Questa struttura», scrivevano Watson e Crick, allora ricercatori al Cavendish Laboratory di Cambridge dove si erano conosciuti nel 1951, «ha due catene elicoidali avvolte attorno allo stesso asse... Non ci è sfuggito che le modalità di appaiamento da noi postulate suggeriscono immediatamente la possibilità di meccanismi di copia per il materiale genetico...». Poche righe per introdurre, per la prima volta, un’associazione tra genetica e struttura molecolare.
Odile Speed, moglie di Francis Crick, che rappresentò graficamente il modello proposto dai due scienziati, poco abili nel disegno, a corredo dell’articolo su Nature.
Nel 2013 una lettera di Francis Crick al figlio dodicenne è stata battuta dalla casa d’aste Christie’s per sei milioni di dollari. «Caro Michael, Jim Watson e io probabilmente abbiamo fatto una scoperta molto importante».
I due scienziati in quegli anni non erano i soli nella corsa al Dna. Poco distante, al King’s College di Londra, un altro laboratorio lavorava sullo stesso argomento sotto il coordinamento del fisico Maurice Wilkins. Qui Rosalind Franklin attraverso il metodo delle immagini di diffrazione a raggi X riuscì a fornire un’immagine del Dna e giunse alla conclusione che la struttura doveva essere elicoidale con le catene coassiali che si muovevano in direzione opposta. Molto vicina al vero, la Franklin non sviluppò mai tuttavia queste considerazioni. Ma fu solo sulla base dei risultati ottenuti da Wilkins e Franklin, pubblicati su Nature quello stesso 25 aprile 1953, che Watson e Crick furono in grado di proporre il modello in cui già si affacciava l’ipotesi di replicazione del Dna.
Rosalind Franklin morì per un tumore, legato probabilmente alle sue sperimentazioni.
Oggi all’Eagle Pub, vicino al Cavendish Laboratory a Cambridge, c’è una targa in ricordo di Watson e Crick. In quello stesso pub si dice che i due scienziati avessero annunciato di aver «scoperto il segreto della vita».
James Watson nel 1962, nove anni dopo la scoperta della struttura a doppia elica del Dna, vinse il Nobel. Poi cadde in disgrazia: dal 2007 le industrie smisero di chiamarlo per le consulenze e nessuno lo invitava più a tenere lezioni. Motivo: allora, intervistato dal Sunday Times, se ne uscì con una battuta razzista (si diceva pessimista sul futuro dell’Africa, perché «le nostre politiche sono basate sull’idea che la loro intelligenza sia uguale alla nostra» mentre «chiunque abbia avuto a che fare con un impiegato nero sa che non è vero»).
Nel 2014 Watson, «per motivi economici», ha messo all’asta da Christie’s la medaglia del Nobel vinto nel 1962 a un prezzo base di 2,5 milioni di dollari. Il magnate russo Alisher Usmanov l’acquistata per 4 milioni di dollari per riconsegnarla allo scienziato: «Ha fatto tanto per la lotta al cancro, la malattia di cui è morto mio padre».
Chargaff Erwin – scienziato della Columbia University, scopritore della complementarietà della basi. Detestava, ricambiato, Watson e Crick e quando i due, nel 1953, ebbero ricostruito esattamente la struttura della molecola del Dna, commentò: «Il fatto che oggi simili pigmei proiettino ombre così colossali non fa che mostrare quanto ormai declina la luce del giorno».
Henrietta Lacks, nera statunitense morta di cancro a 31 anni e passata alla storia della genetica. Deceduta nel 1951, si scoprì che le sue cellule tumorali uterine riproducevano un’intera generazione in sole 24 ore. Cioè, sono “immortalizzate”, e possono dunque essere trasmesse in vitro senza morire. Ne è nata una linea cellulare di nome HeLa da cui sono stati ricavati 74.000 articoli scientifici e 11.000 brevetti, e che è stata utilizzata per un vaccino contro la poliomielite, per la ricerca sul cancro, l’Aids, lo studio degli effetti di radiazioni e di sostanze tossiche, la mappatura di geni. Perfino la sensibilità umana a nastro adesivo, colla e cosmetici è testata grazie alle cellule di Henrietta.
Nel febbraio del 1997, dopo centinaia di tentativi, Ian Wilmut con la sua équipe del Roslin Institute, in Scozia, riuscì a clonare una pecora, Dolly.
L’uomo e la gallina hanno in comune il 60 per cento del Dna.
Il primo organismo geneticamente modificato fu ottenuto nel 1973 da Stanley Cohen e Herbert Boyer che riuscirono a clonare un gene di rana all’interno del batterio Escherichia coli.
La prima condanna penale basata su test del Dna è stata emessa nel 1988 negli Stati Uniti.
Scienziati russi e sudcoreani stanno cercando di riportare in vita i mammut, estinti con la fine dell’ultima glaciazione circa 12-15 mila anni fa. Il genoma, trovato in grande quantità nel pelo, nella pelle e nelle ossa dei resti congelati è stato sequenziato senza molti problemi. In un secondo momento il team russo-coreano tenterà di clonare il pachiderma estraendo il nucleo di una cellula dal tessuto di mammut e inserendo il materiale genetico nell’uovo, senza nucleo, di un elefante asiatico, in funzione di madre surrogata. Se il processo, che si chiama “de-estinzione”, andasse a buon fine, produrrebbe un ibrido: mezzo elefante e mezzo mammut.
Scienziati australiani progettano di resuscitare il tilacino, un marsupiale estintosi negli anni trenta del secolo scorso. Analoghi progetti riguardano il piccione migratore americano e lo stambecco dei Pirenei.
I gemelli spaziali Scott e Mark Kelly non sono più identici. Un anno trascorso sulla Stazione Spaziale ha modificato il Dna di Scott. Lo indicano i risultati preliminari della missione della Nasa nella quale per 340 giorni, fra il 2015 e il 2016, tutti i parametri vitali di Scott, insieme al suo materiale genetico, sono stati confrontati con quelli del suo gemello Mark, rimasto a Terra. I primi dati indicano che i cambiamenti osservati nell’attività dei geni di Scott sono simili a quelli che sulla Terra sono dovuti a condizioni di stress, come modifiche nella dieta e nel sonno. Ma le varianti osservate nel Dna di Scott sono più amplificate e potrebbero essere dovute allo stress causato dal mangiare cibo liofilizzato e dal dormire in assenza di gravità. Altri cambiamenti riguardano le strutture che si trovano alle estremità dei cromosomi, i telomeri, noti per essere associate alla longevità. Contro ogni aspettativa, in Scott queste strutture, durante il volo spaziale, si sono allungate rispetto a quelle del gemello. Una volta che Scott è tornato a Terra, la lunghezza dei suoi cromosomi è tornata ai livelli precedenti al lancio.
Gli uomini contemporanei non discendenti dal ceppo africano hanno circa il 2% circa dei geni in comune con l’uomo di Neanderthal, vissuto 40mila anni fa. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, si deve al gruppo di genetisti dell’università di Harvard guidato da Sriram Sankararaman e David Reich. I geni di Neanderthal nella maggior parte dei casi dettano istruzioni sulle caratteristiche di pelle e capelli; alcuni sono all’origine di malattie come il diabete di tipo 2, la cirrosi biliare, il lupus e la malattia di Crohn; altri ancora possono influenzare perfino alcuni comportamenti, come la capacità di smettere di fumare. Gli umani hanno acquisito il dna di Neanderthal a causa degli incroci avvenuti fra 40 mile e 80 mila anni fa.
Il dna nelle cellule umane può assumere anche una forma a quadrupla elica, e non solo quella a doppia scoperta da Watson e Crick con il contributo di Rosalind Franklin. L’ha dismostrato Giulia Biffi, una ricercatrice italiana che lavora all’università di Cambridge, con uno studio che per la prima volta ha isolato questa struttura nelle cellule umane. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Nature Chemistry, rappresenta una tappa importante nel campo delle genetica e in futuro potrebbe avere sviluppi nella la ricerca sul cancro.
I vigili urbani di Edimburgo, Scozia, che qualche anno fa furono forniti di un kit del Dna per identificare chi sputava loro addosso (la loro professione è talmente odiata che spesso ricevono sputi ed insulti da parte di automobilisti inferociti)