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ITINERARI - LE ORIGINI - BIOLOGIA - LA GENETICA
INTRODUZIONE
La genetica è la scienza dell'eredità, cioè quella branca della biologia che
studia i meccanismi ereditari e i modi in cui la discendenza somiglia o
differisce dai genitori. Le circostanze ambientali possono influenzare un
determinato organismo, ma non modificare le caratteristiche ereditarie. La
genetica è la scienza che permette di definire le caratteristiche degli
organismi viventi e di spiegare i vari fenomeni che si verificano nell'ambito
dell'eredità. Il fondatore della scienza dell'eredità fu il monaco austriaco
Johan Gregor Mendel (1822-1884). Mendel utilizzò per le sue ricerche dei piselli
partendo dalla semplice constatazione che non tutti i piselli sono uguali:
alcuni hanno piante alte, altri basse, alcuni hanno fiori colorati, altri fiori
bianchi, alcuni hanno semi verdi e altri gialli, certi semi sono rugosi e altri
lisci. La cosa più saggia che fece Mendel fu di occuparsi di una sola
caratteristica per volta incrociando fra loro piante che differivano per un solo
carattere: piante alte con piante basse, fiori colorati con fiori bianchi, semi
gialli con semi verdi, semi rugosi con semi lisci. Avendo l'accortezza di usare
un solo elemento differente per volta, Mendel raggiunse contemporaneamente due
scopi: di classificare facilmente i discendenti dei suoi incroci e di poter
contare quanti fra i discendenti possedevano un carattere e quali l'altro. Fu
proprio l'uso della matematica che gli permise di formulare esattamente una
teoria che spiegasse i suoi dati. Mendel eseguì centinaia di incroci e dopo aver
osservato le piante ottenute da questi primi esperimenti lasciò che esse si
riproducessero senza più intervenire nell'impollinazione. I risultati di questi
studi furono sorprendenti. Dopo i primi esperimenti Mendel constatò che
impollinando una pianta a semi lisci con il polline di una pianta a semi rugosi,
tutti i semi che si ottenevano erano lisci: la caratteristica della rugosità dei
semi sembrava perduta. Uno solo quindi dei due opposti caratteri posseduti dai
genitori compariva nei figli. Mendel chiamò dominante il carattere «seme liscio»
e osservò che quando le piante ottenute da questi semi lisci si riproducevano, i
3/4 dei discendenti presentavano il carattere dominante, mentre il carattere
«seme rugoso», che Mendel definì recessivo, compariva nel restante quarto dei
discendenti. Era chiaro quindi che pur non manifestandosi, il carattere rugoso
era rimasto anche nella prima generazione, mascherato dal carattere liscio. Lo
stesso tipo di lavoro fu fatto da Mendel con altre sei coppie di caratteri
opposti ottenendo sempre risultati simili: uno dei due caratteri era dominante,
l'altro compariva solo in 1/4 degli individui della seconda generazione. Pur non
sapendo niente di cromosomi, Mendel decise che l'eredità di certe
caratteristiche era dovuta a fattori presenti nelle cellule sessuali, dei quali
uno era dominante e l'altro recessivo. Molto tempo dopo, nel 1808, il biologo
danese Wilhelm L. Johannsen (1857-1927) propose di chiamare gene il fattore che
regola questi caratteri. Stabilito questo principio, Mendel volle sapere che
cosa sarebbe accaduto se le piante usate per gli incroci avessero avuto due
caratteri differenti invece di uno. Per questo secondo ciclo di esperimenti
furono scelte piante con semi rotondi e gialli come caratteri dominanti che
furono incrociate con piante dai semi verdi e rugosi come caratteri recessivi.
Al primo incrocio in tutti gli esperimenti eseguiti, i semi ottenuti erano
rotondi e gialli; incrociandoli a loro volta si ottenevano dei risultati molto
interessanti: su sedici piante soltanto nove avevano il carattere dominante
(seme rotondo e giallo), una sola il carattere recessivo (semi rugosi e verdi),
mentre le sei rimanenti avevano un carattere dominante ed uno recessivo: tre
semi rotondi ma verdi e tre semi gialli ma rugosi: evidentemente il colore e la
forma del seme non si influenzavano a vicenda. Anche in esperimenti analoghi
eseguiti con altre coppie di caratteri, fu facile per Mendel dedurre che
l'accoppiamento dei caratteri era indipendente e casuale. Le scoperte di Mendel
si potrebbero così riassumere: nell'unione di due animali o piante, ogni
carattere viene determinato da una coppia di fattori ereditati dai genitori, uno
per ciascuno; ognuno di questi geni può essere o dominante o recessivo: la nuova
pianta può ereditare o dei geni dominanti o dei geni recessivi o un gene
dominante e uno recessivo. Solo il caso decide dell'accoppiamento dei geni
dominanti o recessivi. Queste leggi, valide ancora oggi, sono il risultato di
otto anni di lavoro e di ben diecimila esperimenti di incrocio fra diverse
piante di piselli. Mendel pubblicò il suo lavoro nel 1866, ma i contemporanei
non si resero conto dell'importanza fondamentale delle sue scoperte. Dovettero
passare più di trenta anni perché esse fossero universalmente riconosciute.
Schematizzazione delle leggi di Mendel
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CROMOSOMI ED EREDITÀ
Lo studio microscopico delle cellule e dei loro processi di divisione permise di
mettere in rapporto le leggi di Mendel con le strutture filamentose del nucleo
cioè con i cromosomi. Venne quindi elaborata una teoria che stabilì le relazioni
intercorrenti fra il comportamento genetico delle cellule e la loro struttura.
Un medico americano, Walter Sutton, nel 1902 propose la teoria cromosomica
dell'eredità. Sutton ebbe il merito di collegare certe somiglianze fra il
comportamento delle unità genetiche proposte da Mendel e le modificazioni che si
osservano nei cromosomi al momento della divisione cellulare. Il punto
fondamentale della teoria cromosomica è questo: negli organismi pluricellulari
il legame fra genitori e figli è costituito da due sole cellule: uno
spermatozoo, piccolissimo, fornito dal maschio, e l'uovo della femmina, che ha
dimensioni un poco più considerevoli. Se, come diceva Mendel, i geni si
trasmettono di generazione in generazione, qual è la loro collocazione
all'interno delle cellule sessuali? Era stato osservato che non esisteva alcuna
differenza nell'aspetto dei discendenti sia che il carattere dominante fosse
conferito dal maschio o dalla femmina. Non esisteva un motivo valido perché i
geni non dovessero essere situati nella stessa regione della cellula tanto nelle
uova che negli spermatozoi. La differenza fondamentale fra uovo e spermatozoo
consiste soprattutto nella diversa quantità di citoplasma (maggiore nell'uomo)
mentre il nucleo è più o meno simile. Era quindi abbastanza ragionevole supporre
che il nucleo fosse il depositario del materiale genetico. In poche parole
Sutton lanciò l'idea che ciascun cromosoma fosse costituito da un certo numero
di geni. I cromosomi sono presenti a coppie nelle cellule, perciò ogni gene
portato su un cromosoma ha il suo corrispondente (allele) sul cromosoma omologo.
Le prove a sostegno di questa teoria furono fornite dallo studio di un piccolo
essere, un moscerino della frutta, chiamato Drosophila melanogaster. Questo
moscerino come animale da esperimento offre molti vantaggi: facile da
procurarsi, si alimenta con la frutta acida, si può farlo passare da un
recipiente ad un altro attirandolo con fasci di luce, si riproduce ogni due
settimane dando duecento figli per volta. Ogni cellula di Drosophila possiede in
tutto 4 coppie di cromosomi ed anche questo è un vantaggio perché essendo pochi
è più facile individuarli e coglierne le eventuali differenze. Ultima qualità
tutt'altro che trascurabile è la resistenza che la Drosophila ha verso il
trattamento con l'etere: è possibile addormentarle, studiarle al microscopio per
definirne i caratteri e farle quindi riprodurre per osservarne la prole. Thomas
Hunt Morgan (1886-1975), lo studioso della Drosophila, scoprì che delle quattro
coppie di cromosomi, tre erano sempre uguali tanto nei moscherini maschi che
nelle femmine; solo la quarta coppia presentava delle differenze. Nelle femmine
la quarta coppia era costituita da due cromosomi eguali, che chiamò X, mentre
nel maschio un cromosoma era uguale all'X della femmina e l'altro chiamato Y era
molto più piccolo e presentava una specie di gancio ad un'estremità. I cromosomi
delle prime tre coppie furono chiamati autosomi, mentre quelli della quarta
coppia furono definiti cromosomi sessuali. Le cellule germinali avendo subito un
processo che si chiama meiosi, contengono un numero di cromosomi che è la metà
di quelli contenuti nelle altre cellule (somatiche). Per questo motivo
dall'unione di due cellule germinali si ha una cellula che contiene il numero
esatto di cromosomi delle specie. I moscerini maschi producono due tipi di
spermatozoi: in un tipo è contenuto il cromosoma sessuale X e nel secondo il
cromosoma Y; le femmine al contrario producono uova con cromosoma X. Quando
avviene l'incrocio tra un uovo ed uno spermatozoo portatore dell'X si ha sempre
un moscerino femmina, mentre se l'uovo viene fecondato da uno spermatozoo con
l'Y si ottiene un moscerino maschio. Questo principio vale per quasi tutte le
specie compreso l'uomo; è la presenza di un cromosoma X o Y nello spermatozoo
che stabilisce di quale sesso sarà un bambino, ed è la presenza di due cromosomi
sessuali che fa sì che esistano i maschi e le femmine. La scoperta di Morgan ha
capovolto una credenza molto radicata che riteneva la madre responsabile del
sesso del bambino. Nell'uomo si hanno 22 coppie di cromosomi, le cui dimensioni
variano da 1/100 di millimetro ad 1/500 di millimetro, e due cromosomi sessuali:
XX per la femmina, XY per il maschio. Successivamente alla scoperta dei
cromosomi sessuali Morgan e i suoi collaboratori si accorsero che esisteva tutta
una serie di caratteri, come il colore degli occhi, le dimensioni delle ali ed
il colore del corpo, che erano legati ad uno dei cromosomi sessuali: si
trasmettevano cioè o solo ai maschi o solo alle femmine. Questo tipo di
caratteri è quindi legato al sesso. Per esempio nella specie umana il
daltonismo, l'incapacità di distinguere certi colori, colpisce solo i maschi. Il
gene del daltonismo è legato al cromosoma X.
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DALTONISMO
Il daltonismo è un'anomalia del senso cromatico che consiste nell'incapacità di
distinguere certi colori. Dei tre colori fondamentali rosso, verde e blu il
daltonico ne percepisce solo due; o difetta la percezione del rosso o quella del
verde. Lo spettro solare appare al daltonico diviso da una fascia neutra: i
colori verso il rosso gli danno la sensazione di un giallo uniforme, quelli
verso il violetto di un identico blu. L'anomalia prende il nome dal fisico
inglese John Dalton (1766-1844) che ne era affetto e che aveva studiato su se
stesso il fenomeno. Il daltonismo colpisce quasi esclusivamente i maschi perché
il gene del daltonismo è legato al cromosoma X. Nelle femmine non si ha questa
malattia perché l'altro X porta il gene normale; i maschi che hanno l'Y al posto
dell'X, non sono protetti. Una femmina potrebbe essere daltonica solo se
ricevesse tanto dal padre che dalla madre un cromosoma X con il gene del
daltonismo, ma è un'eventualità estremamente rara. Supponiamo che nella prima
coppia la femmina possieda un cromosoma X portatore del carattere recessivo del
daltonismo. In lei l'altro cromosoma X è normale e non permette il manifestarsi
della malattia. Questa compare invece nel maschio della prima generazione in cui
il cromosoma Y non è in grado di fare equilibrio all'X. La femmina della prima
generazione si trova nella medesima situazione della madre. Lo stesso avviene
nelle generazioni successive. I caratteri legati al sesso sono più comuni nei
maschi perché le loro cellule hanno un solo cromosoma X.
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LA SCOPERTA DEL DNA
Quando la vita ebbe origine e si organizzò nei primi organismi eterotrofi il
successo di certi esseri rispetto ad altri dipese dalla capacità di vincere la
lotta per la sopravvivenza in concorrenza con altri organismi simili. Da questo
punto di vista era molto importante per ciascun organismo essere in possesso di
qualche sistema che permettesse di controllare le reazioni che avvenivano al suo
interno, ma soprattutto che garantisse che i suoi discendenti sarebbero stati
altri esseri uguali altrettanto in grado di sopravvivere. Alcuni studiosi hanno
scoperto che nel nucleo delle cellule e soprattutto nelle cellule germinali sono
contenute delle sostanze acide molto diverse da tutti gli altri componenti delle
cellule. Estendendo lo studio alle cellule di molti altri organismi superiori si
vide che tali sostanze erano presenti in tutte le specie studiate ed erano
sempre localizzate nei nuclei delle cellule: per questo motivo furono denominate
acidi nucleici. Gli acidi nucleici sono grossissime molecole, fra le più grandi
che si conoscano, che dirigono tutte le funzioni attraverso le quali la cellula
attua la sua esistenza. Sebbene uno degli acidi nucleici, l'acido
disossiribonucleico, detto DNA, fosse stato individuato in molti esseri viventi,
trascorse parecchio tempo prima che si potessero ottenere prove sicure che era
il DNA a controllare i vari processi vitali delle cellule. Alcuni studiosi
organizzarono un esperimento che diede risultati insperati. Gli scienziati che
effettuarono questo esperimento erano microbiologi e lavorarono con batteri
chiamati pneumococchi. Questi germi possono o no essere rivestiti da una
sostanza simile allo zucchero: i germi che posseggono il rivestimento sono detti
capsulati e provocano la polmonite, mentre quelli senza capsula non provocano la
malattia. Gli scienziati pensarono di iniettare in un topino un miscuglio
costituito da batteri capsulati morti e da batteri vivi senza capsula; con loro
grande sorpresa il topo morì (sebbene i batteri capsulati fossero morti e non
potessero quindi provocare la malattia) e nel sangue furono trovati dei batteri
con la capsula. Il problema degli scienziati fu allora di scoprire come era
stato possibile che germi innocui si trasformassero in germi capsulati mortali
per il topolino. Si pensò che una sostanza o certe sostanze contenute dentro i
pneumococchi morti fossero in grado di produrre la capsula in pneumococchi che
ne erano privi. I pneumococchi sono in grado di crescere in un recipiente di
vetro che contenga l'adatto nutrimento, e così gli scienziati poterono
procurarsi grandi quantità di germi capsulati da studiare. Le cellule batteriche
furono uccise, pestate e sciolte per ricavarne un estratto in cui erano
contenute le sostanze presenti dentro le cellule. Aggiungendo un estratto di
questo tipo a germi privi di capsula, si vide che essi si trasformavano in germi
con la capsula e che da questi in poi, per divisione, si ottenevano sempre forme
con capsula. La trasformazione quindi era tale da influenzare per sempre le
cellule figlie. Evidentemente qualcosa nell'estratto era in grado di provocare
un mutamento definitivo nel luogo dove era situato il meccanismo che consentiva
alla cellula di fabbricarsi una capsula. Studiando attentamente tutte le
sostanze contenute nell'estratto fu infine deciso che il responsabile della
trasformazione era il DNA. A questo punto la difficoltà maggiore stava nel
comprendere in che modo il DNA regola l'eredità. Era quindi necessario stabilire
come fosse costruita la sua molecola rispetto alle altre molecole che si trovano
in natura. Il DNA è gigantesco ed ha una struttura piuttosto complicata. È
costituito da una lunga catena di elementi che vengono chiamati nucleotidi. Il
numero dei nucleotidi varia molto da una specie ad un'altra da qualche centinaio
a molte migliaia. L'originalità della molecola del DNA sta tuttavia nel modo
come questi nucleotidi sono collegati fra loro. Si tratta cioè di due catene
analoghe che si avvolgono l'una all'altra, come una scala a chiocciola con due
ringhiere. Le ringhiere sono costituite da due sostanze chimiche, uno zucchero e
un composto del fosforo. Le due ringhiere sono collegate fra loro
trasversalmente da gradini, ognuno dei quali è costituito da due diversi
elementi affiancati. I due componenti di ciascun gradino sono chiamati basi. In
tutto le basi che compongono il DNA sono quattro, tutte diverse fra loro; tutte
quante però contengono azoto. Generalmente le quattro basi sono indicate con i
simboli A, T, G, C. Con queste quattro basi tuttavia è possibile ottenere
solamente due diversi tipi di gradini: un tipo A-T o T-A, ed un tipo G-C o C-G.
L'A (Adenina) e la G (Guanina) hanno una struttura doppia rispetto alla T
(Timina) e alla C (Citosina). Se A e G, e T e C si affiancassero per formare dei
gradini, la scaletta non avrebbe più la stessa larghezza in tutti le sue
sezioni; presenterebbe invece una serie di allargamenti e di strozzature.
Struttura del DNA
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IL CODICE GENETICO
All'interno di ogni organismo si svolgono in continuazione processi chimici.
L'insieme dei processi chimici che mettono l'organismo in condizione di
funzionare si chiama metabolismo. Le molecole fondamentali che regolano il
metabolismo sono costituite da proteine. Queste sostanze si trovano in ogni
organismo vivente, nel nucleo delle cellule e anche all'esterno di esso e sono
formate da elementi chimici chiamati aminoacidi, che si combinano variamente;
oggi si conoscono venti aminoacidi. Il modo in cui gli aminoacidi si uniscono a
formare questa o quella proteina è determinato dal DNA. Si è studiato il
meccanismo per il quale il DNA situato nel nucleo della cellula può influire sui
processi che avvengono nel citoplasma. Si è pensato che le quattro basi presenti
nella molecola del DNA funzionino un po' come i simboli dell'alfabeto nella
formazione delle parole. Le lettere dell'alfabeto sono soltanto 21 (almeno
nell'alfabeto italiano) eppure con queste ventun lettere si possono formare
infinite parole. I simboli dell'alfabeto Morse sono soltanto due, il punto e la
linea, eppure con l'alfabeto Morse si possono trasmettere tutte le parole. Allo
stesso modo si è pensato che a seconda di come si combinano le basi del DNA si
formino proteine diverse, quindi cellule diverse, e che ogni tipo di proteina
sia il risultato di una combinazione di aminoacidi formatasi in seguito ad una
informazione scritta in un linguaggio che usa come simboli le quattro basi A, T,
G, C. Ma se si usano soltanto quattro simboli disposti a coppie si possono
formare soltanto sedici parole, cioè se la formazione degli aminoacidi
dipendesse da un raggruppamento delle basi a due a due, si avrebbero soltanto
sedici aminoacidi e non venti. Allora si è pensato che il meccanismo funzioni in
seguito ad una sequenza di tre basi. In questo modo si ottengono fino a 64
possibilità di combinazione, cioè più di venti, ma per una serie di motivi
troppo complessi per indicarli qui, ciò non è un ostacolo alla comprensione del
meccanismo del codice. Oggi si pensa dunque che secondo come si susseguono tre
basi nel DNA si abbia un determinato aminoacido che si inserisce nella proteina
e siccome il tipo di proteina, quindi il tipo di cellula, dipende dal tipo di
aminoacidi che la formano e dall'ordine con cui si uniscono uno all'altro, tutte
le qualità delle cellule dipendono dal DNA. Si sono fatti esperimenti in
laboratorio, e si è visto appunto che secondo il modo in cui si mescolavano i
nucleotidi con gli aminoacidi si formava una o un'altra proteina. Il
funzionamento del codice è dunque il seguente. Nel nucleo della cellula (di
qualunque cellula animale o vegetale) si trova il DNA, variamente strutturato a
seconda del tipo di cellula e del tipo di organismo al quale appartiene. Ogni
cellula riproduce se stessa dividendosi in due cellule uguali e in questo modo
ogni organismo contiene sempre cellule del tipo di quelle che stanno negli altri
organismi della stessa specie. Tutto questo perché nel DNA è «scritto» ciò che
deve succedere. Quando si dice che è scritto non si deve pensare ad una specie
di magia: si tratta di processi chimici. A seconda di come è fatta la struttura
del DNA si ha una cellula di un determinato tipo perché si formano proteine di
quel tipo per l'unione di aminoacidi di quel tipo. Ma come viene letto il
messaggio scritto nel DNA? A questo punto interviene una altra sostanza, che si
chiama RNA. Anche l'RNA è un acido nucleico ma si trova principalmente nel
citoplasma ed ha una struttura leggermente diversa da quella del DNA. L'RNA ha
due funzioni: da un lato trascrive il messaggio contenuto nel DNA, e dall'altro,
secondo il contenuto di quel messaggio, raccoglie gli aminoacidi che provengono
dalla scissione dei cibi e penetrano in una cellula, e li trasporta nell'ordine
stabilito dal codice nel luogo dove si formano le proteine. Le proteine sono
fondamentali per la vita; questa non sarebbe possibile senza di esse: sono esse
a determinare la contrazione dei muscoli, il trasporto dell'ossigeno nel sangue,
il colore della pelle, degli occhi, dei capelli. Ogni essere possiede delle
proteine specifiche diverse da tutti gli altri. È questa caratteristica
individualità che condiziona la riuscita dei trapianti: un pezzetto di pelle non
si può trapiantare impunemente da un individuo ad un altro a meno che non si
tratti di un gemello monozigote (che proviene dallo stesso uovo). Tutte queste
caratteristiche individuali sono specificate dal codice del DNA che costituisce
il materiale chimico trasferito da ciascun individuo alla sua progenie si tratti
di un individuo unicellulare o pluricellulare. Mentre per l'organismo
unicellulare il trasferimento della continuità avviene semplicemente in base ad
un raddoppiamento del DNA e alla divisione cellulare, per gli organismi
superiori l'unico legame fra le generazioni è costituito dalle cellule sessuali,
il cui nucleo contiene tutte le informazioni necessarie per ricostruire l'intero
organismo. Anche il procedimento in base al quale il DNA è in grado di
riprodurre una molecola eguale a se stessa è stato studiato a lungo. Il modello
proposto da Watson e Crick ha offerto una soluzione convincente anche di questo
problema. Oggi si ritiene che al momento della divisione del nucleo la struttura
della molecola a doppia elica si apra, come potrebbe succedere per una cerniera
lampo, rompendo a metà i gradini costituiti dalle basi. Su ciascuna delle due
metà così ottenute una nuova elica viene costruita utilizzando il materiale
della cellula e si ristabiliscono i contatti obbligati fra le basi A-T e G-C. In
questo modo, poiché non è possibile che le basi si uniscano a coppie
diversamente dallo schema tipico della molecola, al termine del processo si
ottengono due molecole eguali a quella originale, ciascuna delle quali contiene
una metà. Questo sistema di riproduzione del materiale a cui è affidata tutta
l'eredità garantisce che i nuovi esseri formati saranno simili a quelli che li
hanno preceduti in quanto una porzione del corredo di informazioni viene sempre
conservata nel nuovo organismo.
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LA MAPPATURA DEL PATRIMONIO EREDITARIO UMANO, UNA CONQUISTA DESTINATA A
CAMBIARE IL FUTURO DELL'UMANITÀ
Il 26 giugno 2000, il presidente americano Bill Clinton e il primo ministro
inglese Tony Blair annunciarono al mondo che il Progetto Genoma Umano e la
Celera Genomics, rispettivamente rappresentati e diretti da Francis Collins e
Craig Venter, avevano completato la decodifica del codice genetico umano. La
notizia venne accolta con grande entusiasmo dalla comunità scientifica, che vide
l'impresa come una conquista eccezionale. Dal punto di vista dell'evoluzione
della conoscenza in ambito scientifico, infatti, il sequenziamento del
patrimonio ereditario umano rappresenta la chiave fondamentale per comprendere
la componente genetica delle malattie e apre nuovi orizzonti nel campo della
prevenzione, della diagnosi e della terapia delle patologie ereditarie. La
mappatura del “libro della vita” prende il via formalmente nel 1990, per volere
dei Governi americano e inglese. Negli anni seguenti aderiscono al Progetto
Genoma Umano anche Giappone, Germania, Francia e Italia, stabilendo come
obiettivo comune il completamento dell'intera sequenza del genoma umano entro il
2005. Nel 1998 entra in campo una task-force privata statunitense, la Celera
Genomics, che annuncia il raggiungimento dello stesso obiettivo entro il 2001,
costringendo i ricercatori del Progetto Genoma ad accelerare i tempi. Per
ottenere l'elenco quasi completo (la bozza di Celera è completa al 99%, mentre
quella del Progetto Genoma arriva al 97%) dei circa centomila geni umani, le due
équipe seguono percorsi differenti e concettualmente in antitesi. Celera
utilizza la tecnica dello
shotgun sequencing, uno studio rapido che
richiede calcolatori potentissimi (la compagnia possiede il secondo centro di
calcolo degli Stati Uniti, superato solo dai computer governativi), utilizzando
un notevole grado di standardizzazione tecnologica e metodologica e procedure
automatizzate per la produzione del materiale biologico da analizzare. Il
Progetto Genoma segue invece un approccio gerarchico più lento, ma secondo molti
esperti molto più affidabile, basato sull'analisi successiva di precise regioni
di Dna mappate all'interno di ciascun cromosoma. Nonostante la loro diversità, i
due approcci sono complementari e la gara tra pubblico e privato finisce in
pareggio. Le parti in causa si impegnano ufficialmente a rendere disponibile,
gratuitamente per gli istituti di ricerca e a pagamento per industrie e privati,
il risultato del sequenziamento sui rispettivi siti Internet. Per capire a fondo
l'importanza dell'incredibile traguardo raggiunto, e dell'immane lavoro di
ricerca che il raggiungimento di tale obiettivo ha richiesto, è necessario dare
qualche piccola delucidazione di carattere scientifico. Nel nostro organismo ci
sono circa 10.000 miliardi di cellule, nel cui nucleo vi sono sottili filamenti
lunghi qualche micrometro (millesimo di millimetro) chiamati cromosomi (dal
greco, “corpi colorati”, in quanto si colorano intensamente con speciali
tecniche di laboratorio). I cromosomi umani sono 46, o meglio sono 23 paia
poiché si dispongono a coppie, ognuna delle quali è formata da un cromosoma di
provenienza paterna e da un cromosoma di provenienza materna. I cromosomi sono
costituiti da una molecola di acido desossiribonucleico, meglio noto come Dna.
Questa enorme molecola è formata da elementi chimici, chiamati nucleotidi, che
si dispongono in sequenza concatenata creando due lunghi filamenti avvolti l'uno
sull'altro in modo da formare una struttura a doppia elica, simile a una scala a
chiocciola. I filamenti, che potremmo immaginare come le ringhiere di questa
scala, sono uniti da sbarre che ne formano i gradini. Ogni gradino è costituito
da due diversi elementi affiancati chiamati basi. Le basi che compongono il Dna
sono quattro, tutte diverse fra loro: Adenina, Guanina, Timina e Citosina.
Nell'insieme dei 46 cromosomi vi sono 3 miliardi di gradini. A seconda di come
si susseguono tre basi nel Dna si ha un determinato aminoacido, di cui
nell'organismo umano esistono venti tipi differenti. In altre parole, una serie
di tre gradini consecutivi rappresentano il codice per la formazione di un
aminoacido. Gli aminoacidi, combinandosi diversamente come le lettere
dell'alfabeto, formano le proteine, che sono fondamentali per la vita in quanto
sono esse ad espletare tutte le funzioni metaboliche. Sono le proteine a
permettere la difesa dagli agenti esterni, la contrazione dei muscoli, il
trasporto dell'ossigeno nel sangue, a determinare il colore della pelle, degli
occhi, dei capelli. L'unicità di ogni essere umano dipende proprio dal fatto che
ognuno possiede delle proteine specifiche diverse da tutti gli altri. In base a
come è fatta la struttura del Dna si ha quindi una cellula di un determinato
tipo. Il Dna provvede non solo a stabilire la composizione chimica di ciascuna
proteina ma anche ad assicurare che tale composizione rimanga costante nelle
successive generazioni (ereditarietà). Le porzioni di Dna occorrenti per
codificare una proteina, si chiamano geni. Tali porzioni sono costituite da una
successione di centinaia o migliaia di triplette di gradini determinanti gli
aminoacidi. I geni sono dunque gli stampi per generare tutte le proteine e
l'insieme di tutti i geni è chiamato genoma. Effettuare la mappatura del genoma
umano significa quindi individuare in quale dei 46 cromosomi è localizzato
ciascuno dei 115.000 geni della specie umana e conoscere la sequenza esatte
delle triplette che sintetizzano le proteine. Nonostante l'enorme importanza del
traguardo raggiunto con la decifrazione completa del genoma umano, l'organismo
umano deve ancora svelare i suoi segreti. Per usare una metafora, si potrebbe
dire che, con la mappatura del patrimonio ereditario, gli scienziati sono
arrivati a riconoscere tutte le lettere con cui è scritto il grande libro della
vita , ma non conoscono ancora la storia che questo libro racconta. Identificati
tutti i geni umani, infatti, si tratta ora di mettere a fuoco le funzioni di
ognuno di essi. Solo attraverso questa conoscenza diventa veramente possibile
comprendere a fondo le malattie genetiche, studiare nuovi farmaci e trovare cure
risolutive per le patologie degenerative. Per tornare alla metafora del libro, a
ogni gene, o meglio, a ogni proteina, corrisponde un intero capitolo. Il mondo
delle proteine è più complesso di quello del Dna. Basti pensare che l'alfabeto
delle proteine ha venti lettere (gli aminoacidi) anziché quattro come quello del
Dna (le basi). Delle 100.000 proteine che costituiscono il proteoma umano -
intendendo con proteoma l'insieme completo delle proteine sintetizzate da un
organismo nell'arco della sua vita - fino ad ora si è arrivati a conoscerne
abbastanza bene solo poche migliaia. Dopo la decodifica del genoma, il ruolo di
punta deve essere quindi assunto dalla genomica funzionale, la scienza che si
occupa di caratterizzare la funzione dei geni, e dalla proteomica, che studia il
ruolo delle proteine, la loro dinamica, le loro interazioni. La maggior
complessità che caratterizza questa seconda fase della ricerca richiede
necessariamente lo spostamento dal modello di ricerca tradizionale a quello di
tipo industriale. Le implicazioni di questo immenso progetto sono meravigliose
e, al tempo stesso, preoccupanti: se da un lato si apre la strada alla
prevenzione mirata e alla terapia su base individuale, dall'altro non bisogna
sottovalutare i rischi di abuso e discriminazione, nel caso tali conoscenze
venissero usate in modo improprio. All'impegno scientifico deve pertanto
affiancarsi un piano legislativo internazionale a tutela dei diritti della
specie umana, affinché la Scienza possa proseguire il suo cammino nella giusta
direzione.
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