Un esercizio di vanità

Quando iniziai a raccogliere materiale per un nuovo progetto avevo pensato a un libro da intitolare “La congiura dei gatti” ma mi sembrava sempre che mancasse qualcosa. A quel tempo avevo anche cominciato a leggere alcuni dei lavori di Cavalli-Sforza e sarebbe stata mia intenzione parlare anche di negazionismo, di ignoranza e dei pregiudizi che la influenzano, tutti argomenti che nel 2018 sembrano improvvisamente tornati di estrema attualità.

Mi sono direttamente e indirettamente occupato di DNA per molti anni. Quando tornai dagli Stati Uniti nel 1984 andai infatti a lavorare nel laboratorio di Mike Gait al Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, in Inghilterra, e partecipai alla prima sintesi su larga scala di un frammento a doppia elica di DNA[1].

Alla fine degli anni ottanta mia moglie e io venimmo coinvolti nelle possibilità analitiche del DNA nell’ambito del grande progetto Ferruzzi-Montedison di integrazione tra chimica e agricoltura. Lavorammo (nel senso che lei lavorava e io scrivevo relazioni) quindi con gli RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism)[2] e sperimentammo i RAPD (si legge “rapid”, Random Amplified Polymorphic DNA). Oggi la punta di diamante della analisi genetica è rappresentata dagli SNP (si legge “snip”, Single Nucleotide Polymorphism) per i quali esistono in commercio kit che permettono di esaminarne centinaia di migliaia contemporaneamente. A questo enorme potenziale analitico, le modifiche genetiche che un tempo richiedevano uno sforzo enorme oggi possono essere compiute con la tecnica chiamata “Gene Editing” che si basa sulla scoperta delle sequenze CRISPR (si legge “crisper”, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) alle quali sono associati geni Cas (CRISPR Associated) che codificano enzimi che tagliano in maniera mirata il DNA. La tecnologia CRISPR/Cas è diventata la tecnica di ingegneria genetica più popolare al mondo ed è già oggetto di numerose discussioni brevettuali, sono per questo convinto che tra i futuri recipienti di premi Nobel ci saranno anche Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier. Intanto, se volete, per circa 2000 US$ potete acquistare un laboratorio casalingo di ingegneria genetica[3] completo di kit CRISPR e di Kit per la genotipizzazione faidate.

A questo punto mi è diventato chiaro che il filo conduttore degli argomenti che ho indicato sopra è proprio il DNA cioè il patrimonio genetico di ogni essere vivente. Tra l’altro, con le mie esperienze non potevo non approfittare della evoluzione tecnologica e mi sono fatto analizzare il genoma. Ho così ricevuto un documento che elenca oltre 650.000 varianti SNP presenti nei miei cromosomi e ho scoperto di avere una piccolissima frazione di origine Neanderthal.

Cercherò quindi di raccontare come queste conoscenze ci possano aiutare a capire meglio chi siamo e come siamo giunti nel posto in cui viviamo oggi, parafrasando il titolo del libro di David Reich che vi invito a leggere[4]. Siccome sono stato accusato di essere troppo “precisino”, eviterò di affogarvi nelle note e vi indicherò solo di rifarvi a Wikipedia per quanto riguarda la biologia molecolare, al Blog di Graham Coop[5] e a leggere qualcosa di Cavalli-Sforza, come ad esempio “Storia e Geografia dei Geni Umani”[6] che raccoglie tutte le informazioni disponibili venti anni fa, che erano molto scarne, per cui giungeva a conclusioni che oggi sono state dimostrate non valide.

Il DNA si trova praticamente il tutte le nostre cellule[7] e contiene le istruzioni su come il nostro corpo funziona e sul nostro aspetto.

Il DNA è formato da quattro piccole unità chiamate nucleotidi che sono rappresentate dalle lettere A (adenina),T (timina), C (citosina) e G (guanina). Nel 1953 Francis Crick, Rosalind Franklin, James Watson e Maurice Wilkins proposero un modello in cui il DNA è organizzato in una doppia catena avvolta su se stessa in modo elicoidale. Ogni catena contiene circa tre miliardi di nucleotidi per un totale di sei miliardi di nucleotidi nel genoma umano. Quello che viene chiamato “gene” è semplicemente un frammento di questa catena. La sequenza dei nucleotidi in questo frammento serve alla cellula per assemblare gli amminoacidi che costituiscono le proteine che sono molecole che hanno ruoli molto importanti in un organismo come ad esempio rompere il cibo in frammenti o costituire le fibre dei muscoli.

Tra i geni ci sono altri segmenti di DNA che non codificano per una proteina e sulla quale utilità sono state fatte numerosi ipotesi, delle quali, però, nessuna è ancora riuscita a convincere la comunità scientifica. Sia i geni, sia le regioni non codificanti sono tuttavia egualmente importanti per studiare l’evoluzione degli organismi.

Il DNA degli uomini costituisce il genoma ed è impacchettato in 23 coppie di cromosomi, una delle quali determina il nostro sesso[8]. In ogni coppia di cromosomi ereditiamo un cromosoma da nostra madre ed uno da nostro padre attraverso una serie di processi indicati col termine di “ricombinazione” che portano al fatto che la progenie è sempre diversa dai genitori. Nel 1865 Gregor Mendel presentò i risultati di una vita passata a studiare l’eredità dei caratteri dei genitori e quando questo venne pienamente compreso agli inizi del 1900 si aprirono gli orizzonti della comprensione dei possibili meccanismi della evoluzione delle specie viventi che hanno portato, ad esempio, al miglioramento mirato delle varietà vegetali.

La maggior parte delle sequenze di DNA nell’uomo sono identiche tra due individui ma possono esistere differenze tra le persone. Queste differenze sono dovute a errori casuali nel processo di duplicazione del DNA e sono chiamate mutazioni o varianti e avvengono una volta ogni mille nucleotidi sia all’interno dei geni sia nel DNA non codificante. Su circa tre miliardi di nucleotidi ci sono quindi circa tre milioni di differenze tra due genomi non correlati. Maggiore è la densità di queste differenze nello stesso frammento dei due genomi, più tempo è trascorso da quando questi due genomi hanno condiviso lo stesso antenato. Le mutazioni si accumulano ad una velocità più o meno costante per cui la loro densità fornisce anche un orologio biologico e indica quanto tempo è trascorsi da quando un dato evento si è verificato, ad esempio così abbiamo calcolato quando l’Uomo di Neanderthal e l’Uomo moderno si sono separati da un antenato comune.

Quando Alan Wilson nel 1987 iniziò ad applicare la genetica allo studio del passato, sequenziò alcune centinaia di nucleotidi di DNA mitocondriale derivato da individui che vivevano in regioni diverse del mondo. Il DNA mitocondriale è una piccolissima parte del genoma di un individuo, circa 1/200.000, e viene passato alla progenie seguendo la linea materna.

………… da continuare

[1] La sequenza comprendeva il sito OR3 del batteriofago lambda (“Comparison of controlled pore glass and Kieselguhr-polydimethylacrylamide composite as supports for solid-phase synthesis of 23-residue oligodeoxyribonucleotides in milligram amounts”, Minganti C., K. N. Ganesh, B.S. Sproat e M. J. Gait, Analytical Biochemistry, 1985, 147:63). Pochi anni dopo il laboratorio di Kurt Wutrhrich (premio Nobel per la chimica nel 2002) usò questo DNA per studiare con la tecnica NMR chiamata NOESY le interazioni di adenina e citosina in una doppia elica(“Sequential NMR assignments of labile protons in DNA using two‐dimensional nuclear‐Overhauser‐enhancemnt spectroscopy with three jump‐and‐return pulse sequences”, Otting, G., R. Grutter, W. Leupin, C. Minganti, K.N. Ganesh, B.S. Sproat, M.J. Gait, K. Wuthrich, 1987, European Journal of Biochemistry, 1987, 166:215 ).

[2] “Assessment of the degree of genetic variation in beet based on RFLP analysis and the taxonomy of Beta”, Mita, G., M. Dani, P. Casciari, A. Pasquali, E. Selva, C. Minganti e P. Piccardi,  Euphytica, 1991,  55:1

[3] http://www.the-odin.com/genetic-engineering-home-lab-kit/, verificato luglio 2018

[4] David Reich, Who we are and how we got here, 2018, Pantheon Books, N.Y., ISBN 978-1101870327

[5] Graham Coop, University of California at Davis, gcbias blog all’indirizzo gcbias.org

[6]  Luigi Luca Cavalli Sforza, Paolo Menozzi, Alberto Piazza, Storia e Geografia dei geni umani, 4 ed. 2000 Adelphi, ISBN 978-8845915888

[7] Gli eritrociti sono le sole cellule che perdono il nucleo durante la maturazione. Perdono anche i mitocondri dunque non contengono alcuna traccia di DNA

[8] Il topo ha 20 coppie di cromosomi, il gatto ne ga 19, l’ananas ne ha 25, il cane 39, il gamberetto 127, lo scimpanzè 24, il pollo 39, il fagiolo 11.

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