Il nuovo alfabeto della vita

Il nuovo alfabeto della vita

La creazione in laboratorio di un DNA potenziato – da 4 a 6 basi per espandere la potenzialità della sua struttura – costituisce una novità biologica assoluta: l’uomo può costruire la vita artificiale.

Sono quasi 4 miliardi di anni che gli acidi nucleici presenti negli esseri viventi sono costituiti di 4 basi o nucleotidi: nel caso del DNA le 4 basi sono notoriamente adenina, guanina, citosina e timina, abbreviate in A, G, C e T. Qualsiasi tratto di DNA consta di una sequenza ordinata di un gran numero di queste. I caratteri che compongono un qualsiasi alfabeto non possono essere né troppi né troppo pochi.

Con un alfabeto costituito da un solo carattere non si può significare niente: tutti i messaggi sarebbero uguali tra di loro e quindi privi di un significato specifico. Un alfabeto con 2 caratteri può esistere ed è quello dei computer, che manipolano sequenze, o stringhe, ordinate di 1 e di 0. Sono 2 i caratteri che rappresentano il minimo concepibile, anche se le stringhe composte da questi sono di necessità molto lunghe.

Utilizzando più caratteri si ottengono stringhe più corte, ma questi non possono nemmeno essere troppi, perché così facendo si aumenta la possibilità di errori e quindi di equivoci. La natura ne ha scelti 4, un numero appena superiore a quello minimo di 2, e ne fa uso da sempre.

Un qualsiasi tratto di DNA è costituito di fatto da 2 eliche, cioè da 2 filamenti paralleli che devono stare insieme, appaiati. I filamenti sono tenuti insieme da legami chimici relativamente deboli ma specifici, detti legami idrogeno, che si stabiliscono fra un nucleotide su di uno di essi e un altro nucleotide sull’altro, in modo specifico. A si appaia sempre con T, e viceversa, e G si appaia sempre con C, e viceversa. Il legame idrogeno che si stabilisce tra le A e le T, più quello che si stabilisce fra le G e le C, tengono insieme i filamenti, che per questa ragione sono detti complementari. Per questo motivo i nucleotidi che compongono il DNA sono in numero pari: avrebbero potuto essere anche 2 o 6, ma non 3 o 5. Quando il tratto di DNA in questione si deve replicare, oppure essere trascritto, per condurre al corrispondente RNA messaggero, i 2 filamenti si separano tra di loro, per tornare ad appaiarsi subito dopo. La relativa debolezza dei legami idrogeno tra le basi complementari sul DNA trova la sua giustificazione proprio nella possibilità di rompersi e ricomporsi senza eccessivo sforzo. La saldezza e la stabilità della doppia elica del DNA deriva dall’enorme numero di legami idrogeno fra le centinaia e centinaia di basi complementari appaiate fra di loro.

Dal punto di vista chimico A e G sono purine e T e C sono pirimidine. La chimica contempla l’esistenza di molte altre purine e pirimidine oltre queste e ci insegna il modo di sintetizzarle in laboratorio. Ecco che allora qualcuno ha pensato di sintetizzare un’altra coppia purina-pirimidina, diciamo X e Y, e inserirla in un DNA, con l’effetto di espandere artificialmente l’alfabeto dello stesso. Se si inseriscono queste 2 basi in più, facendo passare l’alfabeto del DNA da 4 a 6 caratteri, che succede al DNA così prodotto? Sarà in grado di replicarsi e di funzionare? Di replicarsi certamente sì, di funzionare non lo sappiamo ancora bene, e bisogna stare a vedere. Il batterio che porta questo particolare DNA è comunque in grado di proliferare e di trasmetterlo alle generazioni successive. Una conclusione alla quale è difficile rimanere indifferenti.

L’uomo si è sempre interrogato sulla natura della vita e ha cercato di capire in particolare come questa abbia avuto origine.

L’ipotesi tradizionale è che l’abbia creata Dio, come del resto tutte le altre cose. Secondo questa idea la vita è misteriosa e inimitabile: la sua gestione può essere solo appannaggio della divinità. Ma della vita abbiamo appreso sempre più cose e sempre più numerosi sono i suoi aspetti modificabili e imitabili. Al centro della vita stessa sta l’informazione e questa è portata materialmente dal DNA.

Cambiare il DNA di un organismo significa cambiare l’organismo stesso e sintetizzare DNA nuovo significa in buona parte produrre organismi nuovi.

Cinquanta anni fa si è cominciato a sintetizzare in laboratorio piccoli tratti di DNA che si sono rivelati perfettamente funzionali. Si è passati poi a tratti di DNA sintetico sempre più lunghi, fino a raggiungere le dimensioni di un intero genoma. Gli organismi dove è stato inserito questo DNA sintetico sono perfettamente vitali e ‘obbediscono’ ai dettami di questo, anche se è diverso da ogni DNA esistente. C’è anche di più. Il ricercatore americano Craig Venter, già distintosi per la determinazione della sequenza nucleotidica del genoma umano e di molti altri genomi, ha voluto dare una dimostrazione aggiuntiva dell’importanza fondamentale del DNA rispetto alle altre componenti della cellula. Prima di trasferire un DNA da un batterio a un altro, lo ha sottoposto a 2 diversi trattamenti. Nel primo, ha fatto transitare il genoma prelevato dal batterio donatore da una cellula di lievito prima di inserirlo nella cellula ricevente. Nel secondo, ha determinato la sequenza del genoma del batterio donatore e l’ha registrata in un computer.

Partendo da quello ha poi sintetizzato chimicamente l’intero genoma e l’ha inserito nel batterio ricevente. Così facendo si è certamente sbarazzato di qualsiasi cosa ‘d’altro’ che potesse accompagnare il genoma nella cellula di partenza: ha trasferito così solo l’informazione contenuta nel genoma.

Già questo avrebbe dovuto mettere per sempre la parola fine alle sterili dispute a proposito della domanda se possa esistere vita completamente nuova costruita dall’uomo. Il DNA potenziato giunge ora a produrre una novità biologica assoluta: nulla di simile è mai esistito fino a oggi, né in natura né in laboratorio. A questo punto non ci dovrebbero essere più dubbi: l’uomo può costruire la vita, anche se molti continueranno cocciutamente a rifiutare tale concetto.

Craig Venter

Biologo e imprenditore statunitense, nato a Salt Lake City (Utah) nel 1946, ha fondato nel 1998 la Celera genomics, l'industria biotecnologica che, a partire dal 1999, ha intrapreso a scopo commerciale un proprio progetto di sequenziamento del genoma umano, parallelamente al consorzio pubblico internazionale HGP (Human genome project). Nel 2000 ha annunciato, contemporaneamente all’HGP, di avere completato la prima fase del sequenziamento. Dopo aver lasciato la Celera genomics, ha fondato il J. Craig Venter institute, un istituto di ricerca che intende produrre, tra l'altro, biocarburanti da microrganismi, realizzare la mappatura genetica dei microrganismi nonché creare cromosomi sintetici. Nel 2010 Venter ha comunicato di avere costruito in laboratorio la prima cellula artificiale, controllata da un DNA sintetico e in grado di dividersi e moltiplicarsi come qualsiasi cellula vivente.

Le parole

- DNA. L’acido desossiribonucleico (DNA) costituisce, con l'acido ribonucleico (RNA), il componente fondamentale delle strutture viventi. Tra tutte le molecole biologiche soltanto gli acidi nucleici possiedono la potenzialità di autoduplicazione che permette la replicazione e la trascrizione dell'informazione chimica in essi contenuta.

- Basi (nucleotidi). Le 4 basi presenti nel DNA sono 2 purine (guanina e adenina) e 2 pirimidine (citosina e timina), normalmente indicate con le loro iniziali G, A, C, T. L'informazione genetica è resa possibile dalla pressoché infinita possibilità combinatoria del susseguirsi di queste 4 basi azotate.

- Proteine. Le proteine costituiscono la classe di molecole organiche più abbondanti in tutti gli organismi viventi e si trovano in tutte le cellule. Sono essenziali per tutti i processi biologici legati alla vita, svolgendo un ruolo fondamentale per la struttura e la funzione cellulare.

- Amminoacidi. Gli amminoacidi sono l’unità strutturale primaria delle proteine. 20 dei 500 amminoacidi presenti in natura le formano allineandosi come dei mattoncini uniti da un ponte chiamato legame peptidico.