Il ballo frattale delle molecole

Se si guarda all’interno del nucleo di una cellula con un occhio matematico, si possono scorgere ordinate figure frattali, disegnate dalle molecole che si muovono per aggregarsi e reagire le une con le altre. Tanto che il loro comportamento sembra governato da schemi geometrici ripetuti a diverse scale.

In natura esistono svariati esempi di disegni frattali, dal cavolo alle foglie. Un nuovo esperimento, condotto da Sebastien Huet e Aurélien Bancaud dello European Molecular Biology Laboratory (Germania) e presentato questa settimana all’incontro dell’Embo ad Amsterdam, mostra che un approccio matematico potrebbe rendere conto anche di alcuni aspetti ancora inspiegati della biologia cellulare.

Per far si che tutto funzioni, le cellule devono assicurarsi che le molecole siano al posto giusto nel momento giusto, motivo per cui esistono diversi scomparti divisi da membrane lipidiche che evitano sconfinamenti inopportuni. Ma queste membrane non esistono all’interno del nucleo. Come fanno allora le molecole del nucleo (distinto anch’esso in numerose regioni diverse) a restare al loro posto? Prendiamo la cromatina per esempio, la sostanza che forma i cromosomi: in alcune aree del nucleo si trova nella forma di eterocromatina, in cui il Dna è strettamente impacchettato, mentre in altre è nella forma di eucromatina, cioè con il Dna impacchettato in modo più lasso. I geni nell’eucromatina tendono ad essere attivi, mentre quelli dell’eterocromatina di solito sono inattivi. Il mistero è come fa la cellula a mantenere i due compartimenti distinti.

Per trovare una risposta, i ricercatori hanno tracciato il percorso di molecole fluorescenti all’interno di un nucleo di cellule vive, disposte su un vetrino; hanno trovando che esse si muovono come se dovessero aggirare degli ostacoli, disegnando linee simili a un tratto di costa. Sorprendentemente, molecole di dimensioni diverse sembrano seguire uno stesso schema, che viene ripetuto a scale differenti. In altre parole, è come se l’ambiente fosse frattale, costituito cioè da un sistema di canali ramificati.

Nel caso della cromatina, Huet e Bancaud credono che la separazione spaziale delle due forme sia dovuta proprio a una differenza di scala. L’eucromatina – sostengono i ricercatori – sembra muoversi su una dimensione più ampia, il che significa che occupa più spazio ed espone una superficie più grande alle proteine che interagiscono con essa. Il percorso seguito dall’eterocromatina, invece, è “rimpicciolito” rispetto all’altro: di conseguenza è inferiore anche la superficie esposta.

Questo potrebbe spiegare perché la prima contiene più geni attivi della seconda. Le proteine che attivano i geni, infatti, lo fanno legandosi alla parte di Dna che presenta la sequenza di accensione di quei geni. Una struttura frattale ampia faciliterebbe le proteine che devono individuare questo  “pulsante”. (t.m.)

Riferimento: Nature News