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Xna, il Dna sintetico in grado di replicarsi

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di | Pubblicato il 20 Aprile 2012
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La biologia che conosciamo, quella su cui si basa la vita sulla Terra, ha un alfabeto ben definito. Ci sono le lettere (detti nucleotidi) che formano le parole (cioè i geni) racchiuse nel vocabolario (il genoma), ovvero le lunghe stringhe del Dna e dell’Rna. Queste, per quanto ne sappiamo, sono le due uniche molecole biologiche capaci di immagazzinare informazioni e trasmetterle attraverso un processo di duplicazione. Non è detto, però, che siano state le protagoniste della vita primordiale, né che non sia possibile sintetizzarne di altro tipo. Lo dimostra Vitor Pinheiro del Medical Research Council di Cambridge, in Gran Bretagna, che in uno studio su Science spiega come assemblare nuovi acidi nucleici: gli Xna (xeno-nucleic acids) con le stesse caratteristiche e funzionalità di Dna e Rna. 

Gli Xna sono varianti della ricetta molecolare originale: hanno uno scheletro costituito dalle stesse basi azotate (adenina, guanina, citosina e timina) e dai cosiddetti gruppi fosfato, ma non usano gli stessi zuccheri. Al posto del deossiribosio del dna e del ribosio dell’rna, infatti, possono incorporare uno di 6 zuccheri differenti. E nonostante questo cambiamento, riescono lo stesso a immagazzinare informazioni e a trasmetterle. In più, uno dei 6 Xna, quello con lo zucchero anidroxilitolo, chiamato Hna, è capace di evolversi in laboratorio. 

Il lavoro dell’équipe di Pinheiro rientra in un filone di ricerca che tenta sia di individuare forme di vita alternative a quelle terrestri (esobiologia) sia di risalire alle prime molecole biologiche con capacità informative apparse sulla Terra. Una delle ipotesi più accreditate a riguardo vede protagonista il Tna, un acido nucleico con zucchero treosio, anche se secondo alcuni è una molecola troppo complessa per poter essere considerata l’antenata dei moderni Dna e Rna. Lo stesso discorso vale per gli Xna, che tuttavia possiedono alcune caratteristiche che li rendono un preziosi per i ricercatori interessati a esplorare le potenzialità, in campo medico, industriale e biotecnologico, dei polimeri genetici sintetici

Quali caratteristiche? Innanzi tutto la capacità di replicarsi. Attraverso un apparato enzimatico creato ad hoc dai ricercatori in laboratorio, la sequenza di lettere degli Xna viene copiata in una sequenza complementare di Dna che, a sua volta, servirà da stampo per assemblare un nuovo filamento di Xna uguale a quello di partenza. Il processo è piuttosto efficiente e per alcuni tipi di Xna arriva addirittura al 99,6% di accuratezza. Il fatto che questi acidi nucleici sintetici riescano a duplicarsi è di fondamentale importanza: solo in questo modo, infatti, l’informazione può passare di generazione in generazione. 

Ma dove c’è ereditarietà c’è evoluzione, e gli Xna non fanno eccezione. I ricercatori hanno dimostrato che in presenza di un particolare enzima e di rna, l’Hna si evolve sino a formare strutture tridimensionali (tra l’altro adatte a legarsi, in modo specifico ed estremamente efficiente, alle altre due molecole). 

Infine, gli Xna possiedono una proprietà chimica che dna e rna non hanno: la resistenza alle nucleasi, cioè gli enzimi biologici che attaccano e distruggono gli acidi nucleici. E ciò li rende potenzialmente perfetti per essere utilizzati nella scienze dei materiali, in medicina e della diagnostica molecolare. 

In previsione delle possibili applicazioni, i ricercatori progettano i prossimi studi. Per esempio devono trovare il modo di duplicare sequenze di xna in modo indipendente, cioè senza utilizzare dna nello step intermedio del processo. Le aspettative in questa branca della biologia sono tante. “Gli Xna aprono l’era della genetica sintetica, con implicazioni per l’esobiologia, le biotecnologie e la comprensione della vita stessa – scrive il chimico evoluzionista Gerald Joyce in un commento su Science al lavoro di Pinheiro – ma bisogna stare attenti a non spingersi in aree che potrebbero rivelarsi pericolose per la nostra biologia”

via wired.it

Credit immagine a EMSL / Flickr

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