Genetica

2.8

Il modello a doppia elica del DNA

In quegli anni si conosceva la composizione chimica del DNA, costituito da subunità, chiamate nucleotidi, a loro volta formate da un gruppo fosfato, uno zucchero (il desossiribosio) e una delle quattro basi azotate, adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Nel 1953 il biochimico statunitense James Watson e il biofisico britannico Francis Crick, in base ai risultati di esperimenti di cristallizzazione e di diffrazione ai raggi X, elaborarono un modello tridimensionale del DNA, che definirono “doppia elica”.

2.9

Il codice genetico

Dopo le scoperte di Beadle e Tatum, e di Watson e Crick, rimaneva ancora da chiarire come il DNA potesse dirigere la costruzione delle proteine, i componenti principali della maggior parte delle strutture della cellula e le molecole fondamentali per lo svolgimento e la regolazione di quasi tutte le reazioni chimiche dell’organismo. La capacità di una proteina di essere parte di una struttura cellulare, o di agire come un enzima che catalizza una particolare reazione chimica, dipende dalla sua forma molecolare e, dunque, dalla sua composizione. Ciascuna proteina è costituita dall’unione di subunità, chiamate amminoacidi, in una o più catene polipeptidiche. Nelle cellule sono presenti venti tipi diversi di amminoacidi. Il numero, il tipo e la sequenza degli amminoacidi nella catena determinano la struttura e la funzione della proteina e sono a loro volta determinati dal gene codificante per quella specifica catena, secondo un codice genetico che traduce l’informazione scritta sul DNA nella sequenza di amminoacidi di ciascuna proteina.

L’esistenza e il ruolo biologico del codice genetico furono dimostrati nel 1966, più di dieci anni dopo la pubblicazione del modello del DNA di Watson e Crick, a opera del biochimico statunitense Marshall Nirenberg.

2.10

Introni ed esoni

I geni degli eucarioti sarebbero costituiti da un numero relativamente basso di strutture modulari, gli esoni, in grado di combinarsi in modi diversi per dare luogo a una vastissima gamma di geni e, di conseguenza, a una grandissima varietà di proteine. Gli esoni si alternerebbero a porzioni di DNA non codificante, cioè che non determina la sintesi di alcuna proteina. Gli introni sono probabilmente coinvolti nella regolazione della quantità di polipeptidi prodotti dai geni. La scoperta degli introni fu resa possibile dai metodi di determinazione della sequenza dei nucleotidi nelle molecole di DNA e RNA, sviluppati dal biologo molecolare Frederick Sanger. Studi sulle molecole del DNA dimostrarono la presenza, sempre negli eucarioti, di sequenze ripetute numerose volte nel materiale genetico. Alcune di queste codificano per l’RNA ribosomiale, mentre altre non hanno alcuna funzione nota. Fra queste vi sono sequenze, detti trasposoni o elementi trasponibili, che sembrano in grado di saltare da una posizione all’altra di uno stesso cromosoma o dell’intero genoma.

2.11

La regolazione genica

Quasi tutte le cellule di un organismo derivano per mitosi da un unico zigote e contengono un identico corredo genetico. Ciononostante, le proteine sintetizzate, ad esempio, dalle cellule del tessuto muscolare non sono necessariamente le stesse di quelle prodotte nel tessuto nervoso o in quello osseo. In altre parole, non tutti i geni del patrimonio genetico vengono espressi in tutti i tessuti dell’organismo. Quest’espressione differenziale è regolata in modo complesso da processi che furono descritti per la prima volta da Jacques Monod e François Jacob nei batteri. Tali processi coinvolgono la presenza di sequenze di regolazione in prossimità o all’interno dei geni, le quali vengono riconosciute da specifiche molecole proteiche, con funzioni di inibizione o di attivazione della trascrizione dell’mRNA (RNA messaggero) e, dunque, dell’espressione genica.

3

Sviluppi recenti

Dagli anni Novanta del Novecento la genetica è entrata in una nuova fase, non solo per l’intrinseca importanza delle scoperte realizzate ma soprattutto perché, a partire da quel periodo, ha moltiplicato le sue interrelazioni con altre discipline, scientifiche e non, ed è, per così dire, uscita dall’isolamento dei laboratori per avvicinarsi anche ai non addetti ai lavori. Espressioni come “DNA”, “genoma”, “terapia genica”, “clone”, “transgenico”, sono ormai di uso corrente nel linguaggio dei mass media, della divulgazione, della cultura, della politica, talvolta con accezione impropria.

La svolta è avvenuta con l’avvio, nel 1990, del Progetto Genoma Umano, enorme ricerca internazionale per l’identificazione dei geni presenti nel genoma umano e per la loro localizzazione, i cui risultati hanno avuto notevole risonanza. Dello stesso anno è la prima sperimentazione su un essere umano della terapia genica, con cui si mira a curare il paziente affetto da malattie genetiche attraverso l’introduzione di geni sani capaci di sostituire le funzioni di quelli difettosi. A partire dal 1991 una tecnica nota come PCR (reazione a catena della polimerasi) è divenuta pratica comune nei laboratori di tutto il mondo, rendendo estremamente più rapide le indagini e, quindi, permettendo studi un tempo impensabili. La migliore conoscenza della struttura dei geni e la tecnologia in continuo sviluppo hanno influito, ad esempio, sugli studi evolutivi dei processi di filogenesi e sulle indagini prenatali, divenute più affidabili per individuare tempestivamente eventuali difetti genetici del feto.

La genetica si spinge anche verso frontiere che sollecitano vivaci dibattiti, in cui coesistono differenti istanze bioetiche, sociali, culturali, giuridiche e religiose: la creazione di organismi transgenici e il conseguente problema della brevettabilità della materia vivente; la clonazione di esseri viventi di varie specie; la clonazione detta “terapeutica” di embrioni umani allo scopo di prelevarne le cellule staminali; addirittura, la clonazione di esseri umani completi – che ritorna periodicamente in qualche annuncio clamoroso ma finora non è stata comprovata e, da molti scienziati, è ritenuta troppo difficile e rischiosa da un punto di vista meramente tecnico.

Dopo il completamento dello studio del genoma, un nuovo e stimolante campo di ricerca genetica è quello per cui è stato coniato il termine di “proteomica”, il cui obiettivo è la comprensione delle interazioni fra proteine enzimatiche e geni, e dei meccanismi che regolano l’inattivazione o l’espressione del genoma. L’applicazione più diretta di queste indagini è nell’ambito dell’oncologia, poiché lo sviluppo delle neoplasie è legato a “errori” nel DNA o all’attivazione di oncogeni prima inattivi. La sfida è, per il prossimo decennio, di mettere a punto farmaci sempre più dedicati al singolo paziente e che tengano conto delle sue caratteristiche genetiche: da una chemioterapia generalizzata si auspica di mettere a punto una “farmacogenomica” mirata ed efficace soprattutto contro le forme tumorali più aggressive.