Il puzzle della vita

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50 Anni del DNA - La ricerca delle proteine
Illustrazione di Dennis Harms/Corbis
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Il puzzle della vita
La scoperta del DNA, annunciata più di cinquanta anni fa con un articolo sulla rivista Fortune
dai premi Nobel James Vatson e Francis Crick, ha aperto la strada agli attuali e futuri sviluppi
dello studio della genomica. Già oltre cinquantamila sono i record di strutture macromolecolari raccolti
in un database a disposizione gratuita dell’intera comunità scientifica mondiale.
Era il 1953, poco più di cinquanta anni fa, quando sulla rivista Nature
fu pubblicato un articolo destinato a rivoluzionare dalle fondamenta
l’approccio scientifico allo studio della vita, Gli autori erano James
Dewey Watson e Francis Crick che descrivevano la scoperta della
doppia elica. Inizialmente l’annuncio della scoperta, per la quale i
due ricercatori furono insigniti del Premio Nobel nel 1962, suscitò
ben poco interesse nell’opinione pubblica, eppure Watson e Crick
avevano risolto il problema della disposizione spaziale dei blocchi di
una macromolecola, l’acido desossiribonucleico, il DNA, ovvero la
chiave stessa della vita sulla terra.
Quella che nel 1953 veniva considerata una semplice assunzione teorica fa oggi parte integrante e fondamentale di ogni corso di studio
della biologia. Il DNA contiene infatti tutte le informazioni riguardanti un organismo vivente e controlla tutti i processi biologici della cellula. Il DNA è costituito da una sequenza lineare di nucleotidi, ognuno formato da una molecola di zucchero, un gruppo fosfatico e quattro diverse basi: adenina, timina, guanina e citosina con la ormai
famosissima struttura a doppia elica, nella quale le basi sono costituite dalle due paia adenina/timina e quanina/citosina. A forma di palla
questa doppia elica si trova in tutte le cellule.
Rosalind Franklin
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Il DNA di una cellula umana è composto da seimila miliardi di nucleotidi
e se teoricamente venisse completamente srotolato avrebbe una lunghezza di quasi due metri. In considerazione di queste impressionanti
cararatteristiche si è avviato nel 1990 l’Human Genome Project (HGP)
con un obiettivo estremamente ambizioso: la ricerca sulla funzione del
gene umano e la decodificazione del completo genotipo.
I due ricercatori hanno certamente creato le basi per la comprensione
della vita e della funzione dei geni e dell’odierna tecnologia genetica, ma
non sono gli unici autori di questi successi. La loro storia si intreccia infatti con quella di Maurice Hugh Frederick Willkins, che pure fu insignito del Nobel insieme a Watson e Crick, e di Rosalind Franklin, che non
poté ottenere lo stesso prestigioso riconoscimento, che per statuto può
essere dato soltanto a una persona vivente, in quanto deceduta poco prima
della cerimonia della premiazione. Veri pionieri nelle tecniche di preparazione, Wilkins e Franklin svolsero un prezioso lavoro preliminare. Persino la
semplice immagine tridimensionale a raggi X da loro ottenuta con una tecnologia comparabile a quella attuale a bassa dispersione aveva reso evidente che il DNA aveva appunto la forma di due eliche, una avvolta attorno
all’altra. Soltanto dopo aver visto le immagini da loro ottenute ai raggi X
Watson e Crick riuscirono a scoprire la struttura a doppia elica del DNA.
James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick
Maurice Hugh Frederick Wilkins
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IL MONDO
DEL LABORATORIO
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La fondamentale importanza di questa scoperta divenne comunque
apparente soltanto quando si realizzò che i moderni sistemi a raggi X con
piccolo grado di dispersione e la diffrazione di un singolo cristallo sono
regolati dallo stesso principio. Persino il più moderno sistema a raggi X
Nanostar (Nano-Structured Ferrolectric Films for Tuneable Acoustic
Resonators and Devices), frutto di un progetto finanziato dalla
Commissione europea, opera in modo molto simile. In pratica il fascio
di raggi X atraversa il campione e interagisce con lui. Il segnale di diffrazione osservato durante il procedimento viene acquisito e applicando la
trasformata di Fourier si ottiene la struttura tridimensionale del campione. Ai tempi di Watson e Crick non esistevano però ancora gli attuali
database e anche la trasformata di Fourier era ancora da perfezionare. I
due ricercatori dovettero lavorare su una sola lastra non troppo a fuoco
e deteriorata dal rumore e la conversione in un modello tridimensionale
fu frutto di interpretazione, intuizione e immaginazione.
Dal giorno della scoperta della doppia elica, le conoscenze sul comportamento del DNA sono cresciute in modo vertiginoso e lo sviluppo
tecnologico della diffrazione a raggi X ha tenuto il passo. I record tridimensionali registrati dall’organizzazione Pbd (Protein data Bank,
con sedi negli Stati Uniti, Europa e Giappone), nata con lo scopo di
conservare in un unico archivio i dati delle strutture macromolecolari
per metterli a disposizione gratuitamente della comunità scientifica
mondiale, nel 1971, anno di fondazione, erano appena sette. Pochi
anni dopo il data-base comprendeva diverse decine di migliaia di
strutture di proteine. A oggi i dati registrati sono più di cinquanta mila
e gli sviluppi nella risoluzione strutturale ad alta produttività e gli sforzi in atto a livello mondiale nel campo della ricerca genetica sono
destinati a far lievitare ulteriormente queste cifre.
La scoperta di Franklin, Watson, Crick, e Wilkins è servita anche a impartire una significativa lezione, dimostrando senza ombra di dubbio quan-
to ricerca e tecnologia siano collegate e interdipendenti, e ha segnato
l’avvio e l’espansione della tecnologia cristallografica come metodo per
la ricerca degli elementi costitutivi della vita. Oggi, come più di cinquanta anni fa, gli scienziati stanno ancora interrogandosi su come gli atomi
si combinano per formare una molecola e come la struttura tridimensionale di queste molecole può aiutarci a intuire il loro funzionamento.
Per la storia iniziata con la pubblicazione di un articolo sulla rivista scientifica Fortune non è in ogni caso ancora stato scritto l’ultimo capitolo.
Probabilmente occorreranno decenni prima che si riesca a conoscere e
capire completamente le funzioni di tutti i geni ed è ancora resta un grande lavoro da svolgere per scienziati, ricercatori e produttori di tecnologie
di oggi e delle future generazioni. Già grandi passi sono stati fatti e quello che oggi viene ritenuto un patrimonio scientifico e tecnologico acquisito, nel 1953 avrebbe potuto passare per una storia di fantascienza.
17-18 settembre 2008 Milano
1-2 ottobre 2008 Milano
Politecnico di Milano, sede Bovisa, via Durando 10
Palazzo delle Stelline, Corso Magenta 61
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