Il DNA contiene il codice genetico, ma cosa lo legge? Spiega l'autore di "Gene Machine"

Essenziale come il DNA è per noi stessi, la famosa doppia elica è il fulcro dello studio della biologia in tutto il mondo. Ma queste molecole fondamentali non possono funzionare da sole. Il DNA memorizza il codice sorgente e i dati per costruire i nostri corpi e la sua scoperta ha aperto la porta a innumerevoli nuovi filoni di ricerca, compresa la domanda "Quale macchina legge il nostro codice?"

Il biologo del premio Nobel Venki Ramakrishnan svela il percorso per perseguire la risposta Gene Machine: The Race to Decipher the Secrets of the Ribosome. Disegna il suo ambizioso viaggio di fronte all'incertezza, spiegando non solo la scienza con lucida chiarezza, ma offre anche una prospettiva sulla complessa politica che circonda la ricerca della conoscenza con umiltà.

Di seguito è un estratto da Gene Machine, pubblicato questa settimana da Basic Books.

Emergendo dalla foschia primordiale

Come è iniziata la vita è uno dei grandi misteri rimasti della biologia. Tutta la vita richiede una qualche forma di energia nel giusto ambiente chimico. Alcune persone hanno sottolineato che gran parte della chimica usata dalla vita assomiglia al tipo di chimica che si verifica ai bordi delle prese geotermiche nell'oceano. Anche se questa è solo una coincidenza, come hanno sostenuto altri, è utile pensare a quali condizioni hanno reso possibile l'emergere della vita. Ma fondamentalmente la vita è più di un insieme di reazioni chimiche; è la capacità di immagazzinare e riprodurre l'informazione genetica in un modo che consente alle forme di vita complesse di evolvere da quelle molto primitive. Con questo criterio, non c'è dubbio che anche i virus siano vivi, anche se la gente lo ha interrogato perché ha bisogno di una cellula ospite da riprodurre. Tuttavia, chiunque si sia ammalato da un virus e abbia sperimentato il proprio corpo combattendo un'infezione non dubiterebbe che i virus siano vivi.

Il problema era che in quasi tutte le forme di vita il DNA portava informazioni genetiche, ma il DNA stesso era inerte e costituito da un gran numero di enzimi proteici, che richiedevano non solo l'RNA ma anche il ribosoma per produrre quegli enzimi. Inoltre, lo zucchero nel DNA, desossiribosio, era costituito da ribosio da una grande proteina complessa. Nessuno poteva capire come avrebbe potuto iniziare l'intero sistema. Gli scienziati che stavano pensando a come è iniziata la vita, come Crick, Leslie Orgel al Salk Institute di La Jolla e Carl Woese all'Università dell'Illinois, hanno suggerito che forse la vita è iniziata con l'RNA. All'epoca, questa era pura speculazione - quasi fantascienza - perché l'RNA non era in grado di effettuare reazioni chimiche.

La scoperta di Cech e Altman ha cambiato tutto questo. L'RNA era ora una molecola che poteva trasportare informazioni come una sequenza di basi, proprio come il DNA, e poteva anche svolgere reazioni chimiche come le proteine. Ora sappiamo che gli elementi costitutivi dell'RNA possono essere ricavati da semplici prodotti chimici che potrebbero essere stati presenti nella Terra miliardi di anni fa. Quindi è possibile immaginare come la vita possa essere iniziata con molte molecole di RNA fatte in modo casuale fino a quando alcune di esse potrebbero riprodursi solo da sole. Una volta che questo è accaduto, l'evoluzione e la selezione naturale potrebbero consentire di creare molecole sempre più complicate, alla fine persino qualcosa di complicato come un ribosoma primordiale. L'idea di un mondo di RNA primordiale, un termine coniato per la prima volta da Wally Gilbert, è stata ampiamente accettata.

Il ribosoma potrebbe essere iniziato in un mondo dominato dall'RNA ma poiché ha prodotto proteine, è diventato un cavallo di Troia. Le proteine ​​si sono dimostrate molto migliori nel fare la maggior parte delle reazioni rispetto all'RNA perché i loro aminoacidi sono in grado di produrre una chimica più varia rispetto alla più semplice molecola di RNA. Ciò significava che quando venivano prodotte le proteine, si evolvevano gradualmente per assumere la maggior parte delle funzioni delle molecole di RNA in quel momento e molto altro ancora. In tal modo, hanno trasformato la vita come la conosciamo. Questo potrebbe anche spiegare perché, sebbene il ribosoma abbia un sacco di RNA, gli enzimi che replicano il DNA o lo copiano nell'RNA ora sono fatti interamente di proteine. Questo probabilmente perché l'uso del DNA per immagazzinare i geni è venuto dopo; a quel tempo, le proteine ​​erano diventate prevalenti e stavano eseguendo la maggior parte delle reazioni nella cellula.

Naturalmente, questo non spiega come sono nati i geni che trasportano un codice per creare proteine. La migliore ipotesi è che una prima forma di ribosomi abbia fatto solo brevi distese di peptidi casuali, il che ha aiutato a migliorare gli enzimi RNA che si trovavano in quel momento. Ma da lì, come provenivano i geni che portavano le istruzioni per fare proteine ​​che avevano amminoacidi uniti in un ordine molto specifico era un bel salto ed è ancora uno dei grandi misteri della vita. E questo a sua volta significherebbe che oltre alla grande subunità, molti altri elementi dovrebbero venire all'esistenza: l'mRNA per trasportare il codice genetico, i tRNA per portare gli aminoacidi e la piccola subunità per fornire una piattaforma per l'mRNA e tRNA da legare. Ma prima della scoperta della catalisi dell'RNA, le persone non potevano vedere come il sistema avrebbe potuto essere avviato anche in linea di principio.

Tratto da Gene Machine: La corsa per decifrare i segreti del ribosoma di Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Pubblicato da Basic Books