Misteri della doppia elica, matematica spiega strane simmetrie Dna

Milano, 6 nov. (AdnKronos Salute) - Il genoma umano è formato da più di 3 miliardi di coppie di basi azotate, i cosiddetti nucleotidi: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Pronunciando un carattere al secondo senza mai fermarsi, si impiegherebbero circa 100 anni per elencare l'intera sequenza dei nucleotidi presenti al suo interno. Dalla scoperta della doppia elica sono ormai trascorsi 65 anni, da allora è finita sotto le lenti di scienziati di tutto il mondo, eppure sono ancora molti i misteri che custodisce. Uno di questi riguarda la distribuzione delle quattro tipologie di nucleotidi che ne compongono la struttura e l'origine delle 'strane simmetrie' all'interno dei singoli filamenti di Dna.

Un nuovo studio italo-australiano fa luce proprio su questo aspetto. Per trovare una spiegazione al 'rompicapo', gli autori del lavoro pubblicato su 'Nature Scientific Reports' hanno chiesto aiuto alla matematica. Il gruppo di ricerca composto da scienziati delle università di Milano-Bicocca, Sydney e Bologna ha messo così a punto per la prima volta un modello (matematico, appunto) in grado di dare un senso alla particolare ripartizione delle basi all'interno del Dna. Un risultato che potrebbe contribuire a far luce sui processi evolutivi della doppia elica e a spiegare le funzioni ad oggi ancora ignote di molte sue parti.

Tra gli anni '40 e '50 del secolo scorso, il biochimico austriaco Erwin Chargaff riuscì a separare la molecola del Dna nelle sue basi costituenti (appunto le quattro basi azotate A, C, G, T) e a determinare la loro percentuale di abbondanza relativa. Notò che mentre la composizione in basi del Dna varia da una specie all'altra, in ciascun organismo c'è sempre una precisa simmetria: la quantità di adenina è uguale a quella di timina e la quantità di guanina è uguale a quella di citosina. Fu questa osservazione sperimentale (oggi nota come 'Prima regola di Chargaff') a suggerire ai due biologi Francis Crick e James Watson la struttura a doppia elica del Dna (basata sull'accoppiamento A-T e C-G tra due filamenti) che li portò a ricevere nel 1962 il premio Nobel per la Medicina insieme a Maurice Wilkins. Ma il genoma rivela anche una seconda, sorprendente simmetria. Le stesse relazioni, infatti, restano valide anche analizzando un singolo filamento di Dna: un parallelismo, noto come 'Seconda regola di Chargaff', che non essendo collegato alla struttura a doppia elica del genoma è rimasto a lungo un mistero.

Concentrandosi proprio su questo problema, il team italo-australiano è riuscito ad ottenere due risultati. Prima di tutto, analizzando la composizione del Dna ha scoperto che al suo interno esistono anche altre simmetrie, non solo legate al conteggio delle singole basi ma relative a quantità statistiche ben più complesse (si parla di 'regola di Chargaff estesa'). Queste nuove simmetrie, inoltre, sarebbero originate da specifiche proprietà strutturali di alcune sequenze geniche note come 'trasposoni': particolari porzioni di Dna in grado di muoversi all'interno del genoma.

Basandosi sul ruolo dei trasposoni, gli autori Giampaolo Cristadoro (Milano-Bicocca), Mirko Degli Esposti (ateneo di Bologna) e Eduardo G. Altmann (University of Sydney) sono così stati in grado di mettere a punto un modello matematico capace di spiegare le diverse simmetrie osservate nella distribuzione delle basi azotate che compongono il genoma. La correttezza del modello è stata validata con l'analisi approfondita di tutto il genoma umano. E i ricercatori sono ora al lavoro per estendere lo stesso tipo di analisi anche al genoma di altre specie.

Oggi sappiamo che solo una piccola percentuale del Dna (circa il 2%) ha il compito di costruire le oltre 100 mila proteine presenti nell'organismo umano. Il ruolo del restante 98% è ancora solo parzialmente noto e risulta in parte coinvolto nella regolazione dei processi della parte codificante. L'analisi realizzata potrebbe rivelarsi utile per fare luce su tanti aspetti ancora oscuri del suo funzionamento.