Le parole del DNA

Come sono cominciate le ricerche sulla genetica

Il 16 giugno scorso il Presidente degli Stati Uniti d'America Bill Clinton e il Primo Ministro Inglese Tony Blair hanno pubblicamente annunciato il raggiungimento di una meta fondamentale per l'intera umanità: è stata completata la sequenza del DNA umano. Ciò significa che nell'imminente XXI secolo, molte delle malattie ereditarie si potranno curare modificando direttamente i geni che ne controllano la trasmissione. Tutto cominciò davvero molto tempo fa. Forse non tutti ricordano che il padre della genetica fu Johann Gregor Mendel (un monaco austriaco che visse dal 1822 al 1884) che con i suoi rudimentali esperimenti sulle piante dei piselli, formulò le regole della trasmissione dei caratteri fondamentali di una specie biologica (in quel caso una specie vegetale) alla progenie (dai genitori ai figli). Accadde quasi un secolo dopo, però, la scoperta della determinazione della struttura chimica del DNA, scoperta che dobbiamo a James Watson e Francis Crick (Science 2 aprile 1953). Gli esperimenti di Mendel quindi, vennero dimenticati per molto tempo, ma l'era della riscossa è finalmente arrivata!

Che cos'è il DNA. Perché è fondamentale

Per semplificare, potremmo paragonare il patrimonio che tutti gli esseri viventi hanno in comune (patrimonio genetico o genoma) ad una biblioteca che contiene una grande mole di informazioni che risiedono nel DNA (acido desossiribonucleico). In particolare per l'uomo, il DNA si trova nel nucleo di tutte le cellule mature (la sola eccezione è per i globuli rossi circolanti nel sangue che non hanno un nucleo) ed è rappresentato da una lunghissima catena a doppia elica che risulta attorcigliata su se stessa formando una spirale (una specie di scala a chiocciola). Osservando all'ultramicroscopio un nucleo è possibile individuare i cromosomi. Questi sono in pratica subunità compatte del DNA che si potrebbero rappresentare come i libri della biblioteca. Nella biblioteca umana ci sono 46 raggruppamenti di libri (cioè 46 cromosomi in totale di cui 21 sono i cromosomi che determinano le caratteristiche generali delle cellule e 2 sono i cromosomi che definiscono il sesso del soggetto) a loro volta formati da un innumerevole quantità di capitoli (i geni). Ogni gene contiene più di un sito (detto locus) che è formato da una sequenza di lettere precise che una volta tradotte avviano la sintesi di una proteina. Le lettere racchiuse in ogni frase leggibile nel DNA umano sono solo 4: la A (adenina) la C (citosina) la G (guanina) e la T (timina). Queste quattro lettere sono chiamate le basi nucleotidiche del DNA. Ma non è ancora tutto. Al momento della duplicazione cellulare (della divisione di ogni cellula) la doppia elica si snoda in un singolo filamento e le cellule figlie possiederanno metà del patrimonio ereditabile che proviene dal DNA paterno e l'altra metà che viene dal DNA materno. Le combinazioni delle 4 lettere ATGC, in motivi ricorrenti di 3 lettere, sono potenzialmente infinite, però, una sequenza chiave (quella che dà origine alla sintesi di una proteina) è formata da sole 3 lettere in successione (in gergo una tripletta) e quella determinata combinazione, e solo quella, darà origine ad una proteina. Quindi un gene, o meglio ogni locus genico, è il vero infinitesimo protagonista della trasmissione ereditaria.
Come si modifica il DNA e perché

Oggi, ogni gene, una volta isolato, può essere poi modificato o ridisegnato in laboratorio (si possono aggiungere o togliere e/o modificarne le parti più piccole) e anche trasferito successivamente in cellule in coltura (cellule coltivate in laboratorio provenienti da tessuti umani sani o malati e mantenute in vita) o in microrganismi vitali (batteri), per studiarne meglio la sua funzione nelle cellule viventi. In altre parole, ogni gene contiene il codice (una semplice sequenza di sole 4 lettere combinate in maniera precisa, ma con una grande varietà di combinazioni) che serve per scrivere (descrivere) una proteina che avrà una specifica funzione chimico-biologica. E tra l'altro, nel dizionario della vita, ogni proteina corrisponde in genere ad una funzione vitale. La rivoluzione biotecnologica che ha permesso ai ricercatori di raggiungere queste microscopiche, ma allo stesso tempo gigantesche, mete è denominata ingegneria genetica. Ed ancora prima dell'avvento dell'ingegneria genetica, un'altra importante acquisizione della biologia molecolare aveva permesso di tagliare il DNA in piccolissime sequenze. Infatti, gli strumenti di lavoro fondamentali del biotecnologo sono le cosiddette endonucleasi di restrizione(delle vere e proprie forbici molecolari), cioè enzimi in grado di tagliare il DNA in un punto preciso e di isolare una sequenza anche formata da una sola tripletta.
Insomma, oggi, ogni frase contenuta in ognuno dei libri che compongono la grande biblioteca della vita è leggibile.
Che cos'è una mappa genica

In pratica, ora il genoma umano è stato mappato (come si dice in gergo), almeno quello che si trova nell'uomo in assenza di malattia. Tuttavia, l'ingegneria genetica e prima ancora, la biologia molecolare in generale, hanno permesso di identificare quelle piccole parti dei geni che caratterizzano la trasmissione non solo dei caratteri di un futuro soggetto umano normale, ma anche di delineare la mappa genica di alcune malattie. In questo caso, si tratta di mutazioni geniche (deviazioni nel percorso originale della mappa, veri errori di scrittura nelle frasi contenute nei libri della nostra famosa biblioteca) che possono provocare la sintesi di proteine anomale che si possono ritrovare in quantità diverse in molte malattie.
Le applicazioni diagnostiche

Oggi, le applicazioni più immediate e utili dell'ingegneria genetica sono disponibili in molti laboratori (anche in molte città italiane) per la realizzazione di test diagnostici importanti, in termini di diagnosi precoce, anzi intrauterina. A questo proposito, attraverso l'analisi citogenetica delle cellule del liquido amniotico (amniocentesi) o di quella di una parte fondamentale del tessuto placentare (esame dei villi coriali) si possono stabilire le eventuali anomalie presenti nel DNA di un figlio prima ancora (fin da poche settimane dopo l'impianto nell'utero materno) che nasca (diagnosi prenatale), cioè anomalie nel numero e nella struttura dei cromosomi. Per fare un esempio, l'analisi citogenetica stabilisce con sicurezza se il feto è affetto da Sindrome di Down (in cui l'alterazione della mappa consiste nella presenza di un cromosoma in più nella coppia identificata col numero 21).
Ed ancora, queste tecniche di laboratorio si sono tanto perfezionate da permettere una diagnosi certa anche se si ha a disposizione pochissimo materiale genetico da analizzare (tecniche di diagnosi molecolare).
Curare i geni

Il futuro veramente auspicabile di tutte le discipline biomolecolari, sta essenzialmente nella possibilità di realizzare una vera e propria chirurgia del DNA (questa è la base della terapia genica). E' molto probabile, che di questo passo, che malattie molto comuni, come il diabete mellito, saranno a breve risolvibili in laboratorio. E' a questo scopo che si stanno creando delle banche di geni (dette genoteche) che si possono utilizzare su colture cellulari sia provenienti da tessuti animali sia da tessuti umani.
E' molto probabile che una delle prossime ultraspecializzazioni della chirurgia sia proprio quella delle molecole.

Patrizia Maria Gatti