DNA sintetico alternativo: l’XNA
Per la prima volta si è riusciti a ottenere un sistema di codifica, trasmissione ed evoluzione dell’informazione genetica basato su acidi nucleici differenti da DNA e RNA, gli XNA. La scoperta può chiarire le origini della vita: uno di questi acidi nucleici sintetizzato dagli scienziati potrebbe infatti essere l’anello mancante fra il mondo pre-biotico e l’ipotizzato “mondo a RNA” primordiale.
Alla base della vita ci sono due molecole: DNA e RNA, le sole che siano in grado di codificare e trasmettere le informazioni genetiche, e in grado di adattarsi nel corso del tempo ai cambiamenti, attraverso processi di evoluzione darwiniana. O almeno, erano le sole fino a ieri. A esse, come viene illustrato in un articolo pubblicato su “Science”, se ne affiancano ora delle altre: gli XNA.
Si tratta di una serie di acidi nucleici (NA, da nucleic acid) prodotti per sintesi da un gruppo di ricercatori del Medical Research Council di Cambridge, in Gran Bretagna, della Katholieke Universiteit di Lovanio, dell’Arizona State University e della Syddansk Universitet di Odense.
Il fatto che tutta la vita che conosciamo si basi su queste due molecole ha da tempo indotto gli scienziati a chiedersi se la trasmissione delle informazioni genetiche, ossia l’ereditarietà, e l’evoluzione potessero avvenire solo attraverso di esse. E proprio in questo filone di ricerca si inserisce la scoperta pubblicata su «Science».
Gli acidi nucleici sono polimeri i cui monomeri sono costituiti da un gruppo fosfato, uno zucchero e una di cinque possibili basi azotate, che rappresentano le lettere dell’alfabeto con cui si articola il codice genetico. Nel caso del DNA, lo zucchero è il deossiribosio e la basi azotate sono adenina, guanina, citosina e timina, mentre nell’RNA lo zucchero è il ribosio e una delle quattro precedenti basi azotate, la timina, è sostituita da un’altra, l’uracile.
Negli XNA, al posto degli zuccheri ribosio o deossiribosio c’è arabinosio (ANA), 2-fluoro-arabinosio (FANA), treosio (TNA), un analogo “bloccato” del ribosio (LNA, locked nucleic acid) anidroesitolo (HNA) o addirittura cicloesene (CeNA).
In realtà, i ricercatori hanno preso in esame anche altri possibili XNA, ma per questi sono riusciti a ottenere un altro elemento essenziale alla trasmissione dell’informazione genetica: le polimerasi.
Le DNA e RNA polimerasi sono enzimi capaci di leggere, trascrivere e retro-trascrivere le normali sequenze di acidi nucleici. In natura, tuttavia, non esistono polimerasi per le molecole di XNA. I ricercatori sono però riusciti a produrre polimerasi sintetici che potrebbero copiare il DNA in XNA e altre che potrebbero retro-trascrivere gli XNA in DNA.
Vitor B. Pinheiro, primo firmatario dell’articolo, e collaboratori hanno mostrato che diversi XNA possono funzionare come polimeri genetici sintetici, ma non hanno ancora realizzato un sistema genetico sintetico completamente “autonomo” rispetto al DNA. Tuttavia ciò è più che sufficiente per rilanciare il dibattito sule origini della vita. Secondo un’ipotesi, la più semplice molecola di RNA avrebbe preceduto il DNA come mezzo di codifica dell’informazione genetica e i primi esempi di vita si sarebbero basati sull’RNA dato che questa molecola è anche in grado di catalizzare reazioni chimiche, come un enzima.
Tuttavia, la comparsa di una molecola complessa come l’RNA da una sequenza di processi casuali a partire da prodotti chimici semplici è da molti considerato un evento improbabile. “Si tratta di un grande problema”, osserva John C. Chaput, che ha partecipato alla ricerca. “Come sarebbe potuto emergere un mondo a RNA? Si è generato spontaneamente, o era il prodotto di qualcosa di ancora più semplice?”
Secondo i ricercatori, il TNA potrebbe essere un buon candidato al ruolo di intermediario fra il mondo pre-biotico e il mondo a RNA. “Il TNA fa alcune cose interessanti”, dice Chaput, sottolineando la capacità della molecola di legarsi con accoppiamento di basi antiparallelo all’RNA. “Questa struttura fornisce un modello di come gli XNA avrebbero potuto trasferire le informazioni dal mondo pre-RNA al mondo RNA”.
