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XNA (DNA sintetico)



Le molecole di DNA ed RNA sono le strutture fondamentali per la vita. Contengono le informazioni per costruire le cellule e sono quindi la base per tutta la vita sulla Terra. A lungo ci si è chiesti se la forma del DNA come lo conosciamo è l’unica a poter funzionare nei meccanismi di replicazione all’interno delle cellule, ma ora gli scienziati hanno scoperto che non è così, e che potrebbero esserci altri tipi di DNA in circolazione, magari in altri pianeti.

Come hanno fatto? Hanno costruito un XNA, ossia un DNA sintetico basilarmente diverso da quello naturale, e sono riusciti a farlo replicare.

I ricercatori del Medical Research Council di Cambridge, in Inghilterra, hanno dimostrato che sei molecole di sintesi che sono simili – ma non esattamente come il DNA e RNA – hanno il potenziale per esporre “caratteristica tipica della vita”, come la memorizzazione delle informazioni genetiche, passando lungo e in fase di evoluzione. Le molecole artificiali sono chiamati XNA”. “Il DNA e l’RNA non sono l’unico modo” per poter replicare le informazioni per costruire la vita, ha detto Vitor Pinheiro, un ricercatore post-dottorato che ha condotto lo studio, pubblicato questa settimana dalla prestigiosa rivista Science.

Manipolare l’XNA a farlo comportare come un normale DNA o RNA potrà in futuro aiutare gli scienziati a progettare farmaci migliori, afferma Pinheiro. Ma non solo. Con lo strabiliante aumento di scoperte di nuovi pianeti extrasolari, ormai sappiamo che i sistemi planetari nelle stelle a noi vicine sono la norma, e non l’eccezione – almeno nella nostra galassia, e la probabilità di trovare pianeti con acqua attorno a stelle simili al nostro sole potrebbero essere molto più frequenti di quanto finora pensato. I biologi da tempo cercano di capire come mai tutta la vita sulla Terra si sia basata su un’unica particolarissima combinazione di molecole – in tutto 4 nucleotidi che si sono combinati a formare la molecola più affascinante al mondo.

La sua struttura ad elica non solo racchiude il “programma di costruzione” degli esseri viventi, ma ha anche in sé l’intelligenza per poter duplicare questa informazione in modo da non perderne alcuni pezzi, in quanto l’elica contiene le istruzioni intrinsecamente duplicate. Ora, con la sintesi di XNA, una forma nuova di DNA, sappiamo che forse è solo un caso che il DNA sia fatto proprio così come lo conosciamo.

Questa nuova scoperta, se confermata, potrebbe far luce sulla nascita della vita sulla Terra, e su come potrebbero essere gli esseri viventi al di fuori del nostro pianeta. “Tutti vogliono sapere come potrebbe essere un meccanismo simile al DNA in forme di vita aliene”, ha detto Steven Benner, un biochimico presso la Fondazione per l’Evoluzione Molecolare Applicata a Gainesville, in Florida, che ha sintetizzato il DNA artificiale ma non è stato coinvolto nel nuovo studio. “Gli esperimenti di laboratorio ci raccontano che altre forme di DNA sono possibili nell’universo.”

Nella vita sulla Terra, la acidi nucleici DNA e RNA sono costituiti da molecole di zucchero – desossiribosio nel DNA e ribosio nell’RNA – che si legano a fosfati per formare una vera e propria spina dorsale su cui le quattro basi nucleotidiche si attaccano per formare una lunga catena, che poi si ripiega su se stessa senza tuttavia perdere le informazioni. L’informazione genetica è memorizzata nel particolare ordine in cui le basi, note con le lettere A, C, G e T (adenina, citosina, guanina e timina) sono allineate lungo la catena. Il DNA costituisce il modello che contiene tutte le informazioni necessarie per creare un organismo. L’RNA invece copia le informazioni e le utilizza per la costruzione di proteine, i mattoni fondamentali della biologia, ma potrebbe essere stato all’inizio la sola molecola ad avere il compito di tramandare le prime informazioni della vita. I virus infatti, che alcuni scienziati ritengono essere una primitiva forma di vita, utilizzano solo l’RNA.

Per costruire alternative al DNA e RNA, gli scienziati spesso “giocano” con i vari componenti per vedere come le modifiche influiscono sulla funzione genetica. Pinheiro e il suo team hanno lavorato con sei molecole che utilizzano diversi zuccheri al posto del desossiribosio e del ribosio. Ed hanno creato qualcosa che hanno chiamato CeNA, ad esempio, che utilizza una struttura ad anello chiamato cicloesene. Un’altra variante chiamata HNA utilizza un gruppo di atomi chiamati anidroexitoli. Collettivamente, gli scienziati si riferiscono al nuovo gruppo di DNA artificiali come XNA. La X sta per “xeno-”, che viene dal greco e significa “strano”, “straniero” o “alieno”. I ricercatori hanno cominciato con le molecole che erano già state sintetizzati in altri laboratori o da alcune aziende specializzate nel campo. Ciò che è nuovo in questa ricerca è che i ricercatori hanno dimostrato che le molecole sono in grado di trasmettere il loro codice genetico. Per fare questo, i ricercatori hanno dovuto progettare un gruppo di enzimi in grado di leggere le informazioni memorizzate negli XNA e scriverli sul DNA. Dopo aver fatto replicare molte volte le informazioni grazie al DNA, hanno poi usato gli enzimi per la scrittura delle copie di XNA in modo inverso. Oltre a tale tecnica, che potrebbe sembrare un trucco per via dell’uso del DNA naturale, gli scienziati hanno dimostrato che l’HNA (un tipo particolare di XNA) è capace non solo di duplicarsi autonomamente, ma anche di attuare processi evolutivi. Hanno infatti fatto duplicare l’HNA, hanno selezionato le sequenze con alcune caratteristiche desiderate – per esempio, la capacità di legarsi a certe proteine ​​- e poi hanno creato più copie di queste sequenze, selezionando le migliori e così via.

“In pratica si tratta di un allevamento domestico di molecole”, ha detto il Gerald Joyce, un ricercatore dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California, non coinvolto nello studio.

Joyce, che ha scritto un editoriale sulla ricerca su Science, ha detto che Pinheiro e i suoi colleghi hanno scoperto un modo per poter rendere più facile la costruzione di farmaci basati su acidi nucleici e test diagnostici. Oggi tali prodotti si affidano su RNA e DNA – ma entrambe le molecole si degradano rapidamente quando esposte a enzimi chiamati nucleasi. “Se si utilizzasse un XNA ad hoc, gli scienziati potrebbero produrre terapie inattaccabili dalle nucleasi, accelerando il processo di sviluppo del farmaco, ha detto Pinheiro. Per quanto riguarda il possibile ruolo della nuova classe di XNA nell’evoluzione della vita, Joyce ha detto che gli scienziati ritengono che la vita sulla Terra probabilmente è nata grazie all’RNA, prima che arrivasse il DNA a prendere il suo posto – e potrebbe essersi basato su un XNA ancora più semplice, chiamato TNA (fatto con un zucchero diverso), ancora prima.

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