Cos’è il DNA? Spiegato in modo semplice

APPROFONDIMENTI

ESTRATTI DA UN’INTERVISTA AL PRESIDENTE DELL’ACCADEMIA MONDIALE DELLE TECNOLOGIE BIOMEDICHE, Dr. GIUSEPPE TRITTO.

Che cos’è il DNA? 

Il DNA è la molecola della vita, cioè  la molecola, a doppia elica, che regola tutte le funzioni della cellula umana, dell’essere umano. Quindi noi siamo il nostro DNA.

Ognuno di noi ha la sua carta d’identità che è il suo DNA, che è il suo codice genetico il codice che non solo programma la nostra nascita il nostro sviluppo eccetera ma regola tutte le funzioni e permette di riconoscimento di se stesso.  Il nostro cervello non potrebbe riconoscere questo assemblaggio di strutture, di organi, di cellule ecc… e differenziarle se non ci fosse il DNA che codifica tutto questo. Quindi noi siamo programmati sin dalla nascita ad essere quello che siamo.

Ovviamente c’è stato un lungo periodo della storia della genetica medica umana in cui si pensava che il DNA fosse statico, cioè che non cambiava,  e che non ci fosse nessuna possibilità di modificare o modulare la funzione del DNA.

Invece negli ultimi anni, progressivamente, si scopre che tutti i fattori esterni ambientali o quelli che assumiamo nel nostro corpo possono modificare la funzione del DNA è quella che si chiama “epigenetica” dall’esterno tu puoi cambiare,  quindi nel periodo dell’ accrescimento per esempio dell’essere vivente i fattori ambientali, familiari, l’interrelazione con le altre persone eccetera possono guidare l’espressione genetica fenotipica, cioè verso l’esterno, del nostro comportamento.

Domanda: Quindi se  nel corso della vita, mettiamo che il DNA stabilisce che noi abbiamo una certa durata X, assumiamo una serie di comportamenti virtuosi oppure negativi, questa durata si può accorciare o allungare all’interno del DNA? Cioè noi diamo informazioni al DNA per cambiare un meccanismo?

Risposta: Noi abbiamo un meccanismo all’interno, i cromosomi che assemblano il DNA in pezzi, questi si chiamano i cromosomi, i cromosomi umani che regolano diverse funzioni. Ogni cromosoma ha una parte che si chiama telomerasi cioè questa parte è la clessidra dei nostri cromosomi quindi ci sono tante clessidre nel nostro DNA che stabiliscono il tempo di rinnovamento delle nostre cellule a seconda degli apparati.  Per esempio, prendi il fegato una parte del genoma controlla l’attività del fegato: c’è una possibilità di rigenerare le tue cellule, di rinnovare le tue cellule per un certo numero di cicli e questi cicli sono stabiliti sin dall’inizio. Ovviamente quando incomincia il processo di invecchiamento c’è un decadimento che non è di un sol colpo su tutti gli apparati l’apparato che aveva meno cicli incomincia ad invecchiare prima di quello che ha più cicli e questo è determinato geneticamente da te come sei fatto Ovviamente la scoperta dei telomeri e della telomerasi che è l’enzima che regola questo,  oggi sta aprendo molte strade alla possibilità di modulare i telomeri e quindi praticamente di modificare la tua capacità di rinnovamento cellulare quindi allungare allungare. Come puoi avere delle patologie che non fanno altro che ridurre la lunghezza del tuo telomero. E’ un meccanismo per cui si potrebbe pensare di allungare i telomeri. Non per ora di immortalizzate però di allungare il processo, di procrastinare il processo di invecchiamento.  La gerarchia, cioè il processo di reclutare gli organi nel processo di invecchiamento è tipico di ognuno di noi.  C’è chi, per emepio, incomincerà a invecchiare prima con il cuore e poi dopo quello a cascata con gli altri organi perché non appena un organo, un apparato incomincia a invecchiare, trasmette l’informazione agli altri quindi tutti gli altri telomeri si risettano su questo meccanismo.

Il DNA viene organizzato in cromosomi. I cromosomi sono queste strutture complesse in cui il DNA si assembla. I cromosomi controllano certe funzioni. 

Quanti cromosomi ci sono nel DNA?

Noi abbiamo un certo numero di cromosomi somatici così detti, controllano tutte le funzioni del corpo e poi abbiamo il cromosoma X e il cromosoma Y che invece sono quelli della differenza di genere che quindi controllano la donna X X e l’uomo XY.

Negli animali troviamo un numero di cromosomi superiore rispetto all’essere umano. Quindi in realtà la tendenza ad avere una forma di vita molto più complessa è molto più sofisticato quindi, anche con l’’espressione sull’intelligenza, porta a un compattamento dei cromosomi progressivamente hai meno cromosomi di animali inferiori che ne hanno tanti.

Il nostro DNA e quello degli animali

Fondamentalmente nel genoma umano, in una scala chiamiamola così,darwiniana, ma è dimostrato geneticamente, noi abbiamo anche tutta una serie di geni che appartengono agli esseri inferiori che stanno nella scala zoologica sotto di noi. Quindi abbiamo dei resti di quello che è il genoma, mettiamo dei rettili oppure degli insetti eccetera, sta nel nostro archivio biologico. Questo vuol dire che potenzialmente, in condizioni ambientali completamente diverse, con delle risorse diverse che non che non è l’acqua che non è il sole e che non è il carbonio ma è il silicio per esempio eccetera, c’è nella libreria del DNA umano la capacità di attivare altri software, per così dire, per adattarsi.

Però dobbiamo ricordare che il genoma umano ha una parte limitata, che è il  4-5% che codifica per le proteine.  Noi siamo degli esseri su base proteica, i nostri mattoni sono gli amminoacidi che formano le proteine e questo è tipico, gli amminoacidi umani sono umani, non appartengono ad altre specie, quindi sono caratteristiche nostre e noi produciamo le proteine che sono l’impalcatura del nostro corpo a livello di tutte le cellule.

Ma c’è tutta una parte del genoma, quello che un tempo si considerava il genoma immondizia, che invece rappresenta la grande libreria della conoscenza della vita, detto in parole semplici, cioè lì abbiamo tutti i codici matematici, informatici che ci permetterebbero ad esempio se un giorno il corpo umano anziché funzionare su base di proteine, funzionasse su base di zuccheri per esempio, noi avremmo la possibilità di adattare e di prendere quell’altra parte di genoma e produrre zuccheri anziché proteine.

E’ vero che noi conosciamo solo più o meno il 5% dell’intero genoma?

Noi possiamo leggere tutto il genoma, leggere in termini di lettere dell’alfabeto, però noi dobbiamo studiare un segmento alla volta per vedere qual è la sua funzione, cioè qual è la funzione che quel segmento controlla, che si chiama il raggruppamento dei geni, i geni sono le zone del genoma che sono deputate a controllare una certa funzione, a produrre una certa proteina, eccetera. Quindi quello che si è fatto progressivamente è stato cercare di trovare dove stavano questi geni. Ovviamente si è andati inizialmente su quelli che controllavano gli amminoacidi e le proteine, perché noi siamo esseri proteici da questo punto di vista, ma ci sono dei geni che controllano delle funzioni, non controllano la produzione delle proteine, controllano un apparato. Per esempio il sistema vascolare, il sistema di filtraggio renale, il sistema immunitario. Le malattie genetiche derivano dall’assenza di alcuni geni che dovrebbero controllare la funzione di un sistema o organo, o da un danno di alcuni geni o di parti del DNA che mancano. 

Tutte quante queste scoperte come hanno cambiato le prospettive?

Beh, potendo leggere tutto questo alfabeto e tagliarlo in pezzi e poi riassemblarlo, potrebbe aprire la strada a costruire un DNA  diverso che non esisteva negli esseri viventi, che non è espresso negli esseri viventi ma che potenzialmente poteva esistere.

E nel frattempo, dato che l’elica del DNA è particolare, ci sono sperimentatori che hanno creato il DNA a tre o quattro filamenti, un DNA a tripla e quadrupla elica. Lo studio parte dal presupposto che questa molecola (il DNA) è una sorgente di informazioni, una libreria, però si assembla in un certo modo, cioè la doppia elica umana, il DNA umano ha una sua ragione di esistere. Se andiamo a studiare un’elica a tre o a quattro, è possibile avere delle cellule che abbiano un’elica a tre o a quattro.

Si sta studiando per quale motivo la vita si è organizzata in questa molecola della vita che è a doppia elica. Coma abbiamo virus e batteri che possono essere a elica unica , cioè con un solo filamento, com’è il virus a Rna ed altri virus.

Una cosa interessante che si è scoperta è che dei virus ancestrali si erano inclusi nel DNA umano. Venti, trenta milioni di anni fa c’è stata un’inclusione. Si chiamano “endogenus retrovirus” , virus endogeni. C’è un 5-8% del genoma umano che è costituito da questi virus ancestrali che sono entrati nel genoma umano e sono rimasti là, permanentemente. 

Che funzione ha un virus nel nostro genoma?

Questo si comincia a studiare adesso. Si pensa che all’epoca l’uomo abbia incontrato, sia stato esposto a questi virus, probabilmente ci sono state delle epidemie anche, però la specie umana progressivamente si è adattata inglobando questi virus nel suo genoma.

La cosa interessante è che i coronavirus attuali sono dei lontani cugini di questi retrovirus endogeni.

Quindi quando qualcuno dice che i virus sono dentro di noi e vengono attivati, dice delle cose assurde o una cosa che ha un senso?

C’è stato un momento dell’ evoluzione dell’ ominide, dell’essere umano in cui lui ha inglobato questi virus che rappresentano una parte del 5-8% del genoma umano. Hanno delle funzioni, i genetisti li chiamano “alien virus” . Si sa molto poco di che cosa facciano questi virus sulla regolazione del DNA umano, ma ci sono molti studi adesso che iniziano ad investigare il meccanismo con cui questi virus controllano delle funzioni che riguardano la tolleranza immunitaria, praticamente la sopravvivenza dell’essere umano, oppure l’espressione di alcune forme tumorali che possono insorgere nell’embrione. Ora si incominciano ad isolare queste cose e a capire.

LA TERAPIA GENICA

Dallo studio di tutta quella parte di geni che controllano le diverse funzioni, si è affrontato il problema della terapia genica. Se io identifico un gruppo di geni che sono responsabili ad esempio di un cancro, i cosidetti oncogeni, che in una persona sono attivati mentre in altre persone ho scoperto che non erano attivati.  L’idea era di dire, beh andiamo a riparare questo meccanismo, a fare una terapia genica su questi oncogeni attivi che lla persona danno o possono dare la malattia. Ma non sapevi in realtà come fare. Perché i primi tentativi di terapia genica andando su un gene molto specifico sbagliavano target. Per esempio per un certo numero di volte lo hanno fatto su bambini che nascevano senza il sistema immunitario. Per esempio nello studio fatto a Parigi nel 1999 da Fisher i primi 10 casi andarono bene, il gene specifico veniva bloccato, all’undicesimo caso invece il bambino è morto perché il vettore ha sbagliato, è andato ai geni accanto e quindi ha provocato la morte del bambino. Quindi questa ricerca fu sospesa nel 2002.

La terapia genica richiede una precisione unica che all’epoca non si aveva.

Incidentalmente due biologhe, una francese ed una americana scoprono che i batteri sono capaci di uccidere i virus con una proteina particolare, la proteina CRISPR/Cas9. Rappresentava una specie di forbicina molecolare che andava su delle zone vitali del materiale genetico del virus le tagliava e uccideva il virus. 

Ora il loro obiettivo era quello di indirizzare questa forbicina molecolare nel punto giusto. Si è visto che la proteina CRISPR/Cas9 aveva un certo livello importante di precisione e quindi si è pensato di poter utilizzare questa tecnica.

Ora l’altro aspetto della forbicina è che in realtà non solo taglia, ma può essere portatrice di un messaggino di DNA, di RNA, ecc., per cui, una volta che ha tagliato, inserisce là un inserto. Quindi modifica il DNA.

Quindi è nata la tecnologia moderna CRISPR per poter cambiare o riparare pezzi di DNA umano, una parte del DNA alterata, responsabile di una malattia. 

Il problema è che andando a tagliare, ad esempio, quella zona dell’oncogene attivo, non si arresta comunque la malattia, si deve mettere un qualcosa al posto del gene sbagliato, un gene normale, in modo che riassetti tutto il DNA.