Il primo eucariota base per base

Da secoli il lievito è uno dei microorganismi maggiormente utilizzati dall’uomo. Dalla fermentazione alcolica del grano e, poi, del succo d’uva, il lievito è divenuto un ingrediente fondamentale per la produzione del pane, simbolo discriminante tra le antiche religioni che possono anche essere distinte per la presenza, o meno, di questo alimento. Se i diversi sistemi di fermentazione classica si sono evoluti di pari passo con la tecnologia, le cellule del lievito hanno invece acquisito maggiore importanza solo verso la metà del XIX secolo, man mano che le scienze biologiche iniziavano a svelare i misteri della vita.
Nel 1856 fu scoperto che il Saccharomyces Cerevisiae poteva produrre etanolo e anidride carbonica dagli zuccheri, un risultato che consentì di chiarire le prime fasi del metabolismo di base del carbonio e di porre le fondamenta della microbiologia. Il lievito è un sistema versatile, per la semplicità della sua cellula, che allo stesso tempo però presenta una vera e propria struttura eucariotica. Per la facilità con cui può essere manipolata geneticamente, in particolare grazie alla possibilità di isolare e analizzare le singole spore di una cellula diploide, si è imposto nelle ricerche genetiche come un forte concorrente di altri organismi più importanti come la Neurospora crassa e la Drosophila melanogaster.
Verso la fine degli anni ‘70, le cellule del lievito furono trasformate per la prima volta con DNA estraneo, aprendo in tal modo il vaso di Pandora dell’ingegneria genetica e della manipolazione del DNA ricombinante. Data la vicinanza tassonomica con i procarioti, il lievito fu ironicamente paragonato a un grande batterio, l’Escherichia coli . D’altro canto, per l’efficienza del suo sistema di secrezione, il lievito è subito diventato un eccellente microorganismo per l’espressione e la produzione di prodotti ricombinanti, fra cui l’insulina, l’interferone gamma, i fattori VIII della coagulazione del sangue, ed è pertanto stato associato a una piccola mucca.

Il Progetto di sequenziamento

Verso la metà degli anni ‘80, quando era ormai divenuto chiaro che sarebbe stato possibile determinare la sequenza dell’intero DNA di una cellula, il lievito fu candidato come modello di cellula eucariota inferiore. Una proposta accettata dalla Direzione Scientifica Generale della Commissione Europea che lanciò il primo progetto di sequenziamento di un genoma. Il coordinamento dell’intero progetto fu affidato al professor André Goffeau, dell’Università Cattolica di Lovanio, in Belgio.
Nel gennaio 1989 il Biotechnology Action Programme della Comunità Europea istituì una rete di 35 laboratori per determinare la sequenza dell’intero cromosoma III di una delle cellule eucarote più conosciute: il Saccharomyces cerevisiae, il lievito per la panificazione.
Era così cominciata l’avventura del sequenziamento del genoma del lievito. Nel 1992 la sequenza del DNA del primo cromosoma eucariota fu pubblicata sulla rivista Nature. Lo sforzo europeo, portato avanti anche attraverso i programmi BRIDGE e BIOTECH, in collaborazione con una più ampia rete di ricercatori statunitensi, canadesi e giapponesi, ha reso possibile, verso la metà di quest’anno, il completamento del sequenziamento dell’intero genoma.
Sono state così raccolte informazioni preziosissime sulla densità e la distribuzione dei circa 6.200 geni scoperti attraverso il sequenziamento, 2.000 dei quali sono ancora completamente sconosciuti e rappresentano l’obiettivo del nuovo programma di analisi funzionale finanziato della Comunità Europea e denominato EUROFAN.
Sono state scoperte la composizione del DNA, particolari strutture quali gli elementi trasponibili, il DNA ribosomico e le origini della replicazione. Sono state inoltre effettuate analisi sulla sequenza del DNA ed è stato avviato un nuovo studio pionieristico sulla struttura genomica secondaria del DNA, la quale potrà portare alla scoperta della memoria delle superinformazioni genetiche.

L’ultima Conferenza Europea

Per celebrare questo importante avvenimento scientifico, è stata organizzata a settembre, a Trieste, l’ultima Conferenza Europea sul Genoma del Lievito. Era presente, in qualità di ospite d’onore, James Watson.Durante la conferenza è stata presentata ufficialmente alla comunità scientifica internazionale la prima cellula eucariota mai sequenziata, insieme al resoconto sugli studi strutturali, analitici e funzionali condotti sempre nell’ambito del progetto di sequenziamento. É stata inoltre presentata una visione d’insieme dell’impresa, con riferimento ai progetti di sequenziamento del genoma già avviati e futuri, dedicando particolare attenzione allo sfruttamento scientifico e biotecnologico dei dati conseguiti, nonché all’impatto sociale, etico ed economico dei risultati. Una parte della conferenza è stata dedicata alla breve analisi dello sviluppo del progetto di sequenziamento all’interno del progetto EUROFAN per l’analisi funzionale.

I vantaggi

I potenziali benefici derivanti dalla disponibilità del sequenziamento completo del DNA dei cromosomi del lievito sono tre:
1) per la prima volta sarà possibile vedere esattamente in che modo sono organizzate le informazioni genetiche di una cellula eucariota e quindi, per estrapolazione, apprendere di più sulla composizione genetica delle cellule eucariote superiori, ivi incluse quelle umane;
2) grazie al sequenziamento e alla scoperta di nuovi geni sarà possibile identificare e isolare quelli che codificano le proteine o gli enzimi strutturali di importanza biotecnologica per lo sfruttamento industriale;
3) molti geni del lievito appaiono simili a quelli umani che, se mutati, danno origine a malattie genetiche. Per questo sarà possibile apprendere di più sulla malattia associata alla mutazione e, quindi, di prevenirla o diagnosticarla precocemente nelle prime fasi dello sviluppo della vita.

Traduzione di Susi Castellino