La vita è informazione trasmessa da molecole complesse: l’RNA e il DNA. Le ricerche sul codice genetico che nel 1962 valsero il Premio Nobel per la medicina a Watson, Crick e Wilkins sono alla base della nostra attuale, se pur parziale, comprensione delle basi genetiche della vita. Il modello a doppia elica visualizzato da Odile Speed, moglie di Crick, ha saputo rendere popolare un concetto per molti versi paradossale: il fatto che le informazioni che definiscono le caratteristiche della specie a cui una creatura vivente appartiene e i tratti particolari che definiscono il singolo individuo siano codificate in una stringa molecolare. Il DNA è una macromolecola costituita dalla ripetizione di unità di base e nelle cellule umane è solitamente ripartito in 23 coppie di cromosomi, che nell’insieme costituiscono il genoma umano, formati da circa tre miliardi di basi azotate, per una lunghezza compresa tra 1 e 2 metri, impacchettato per superavvolgimento e racchiuso nel nucleo di ogni nostra cellula. Ogni unità si chiama nucleotide ed è il monomero della catena a doppia elica (definita polimero). Ciascun nucleotide comprende tre sotto-unità:

  • una base azotata
  • uno zucchero pentoso (contenente cinque atomi di carbonio)
  • un gruppo fosfato

Struttura schematica di un segmento di DNA.

La base azotata può essere una di cinque tipi: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) e uracile (U). Le basi azotate si legano a due a due attraverso dei legami a idrogeno. DNA e RNA (una macromolecola più semplice, formata da un singolo filamento, altrettanto importante nella trasmissione delle informazioni biochimiche a livello cellulare) comprendono un sottogruppo dell’insieme di queste basi, ciascuno formato da quattro di esse. Il DNA, in particolare, è formato da coppie A-T oppure C-G. Nell’RNA l’uracile prende il posto della timina.

Lo zucchero è il ribosio per l’RNA, il desossiribosio per il DNA. Il complesso di una base azotata e uno zucchero pentoso  forma un nucleoside. La presenza del gruppo fosfato è responsabile del carattere acido di questi polimeri, da cui il loro nome: acido ribonucleico (RNA) e acido desossiribonucleico (DNA). L’aggiunta di uno o due residui fosforici alla molecola è all’origine della formazione di un nucleoside difosfato o trifosfato (NDP e NTP, rispettivamente), fondamentali per i processi energetici cellulari. In particolare, la reazione per idrolisi che trasforma l’adenosina trifosfato (ATP) in adenosina difosfato (ADP) è la fonte di energia utilizzata dalla cellula per il proprio sostentamento.

In questa brevissima e lacunosa esposizione abbiamo incontrato le due caratteristiche essenziali della vita: informazione da trasmettere ed energia da consumare. Un gioco le cui regole sono severamente iscritte nei vincoli imposti dalla natura e ricordati nella composizione dei nucleotidi di cui sopra, ritenuti non a caso i «mattoni della vita». Da tempo biologi e biochimici s’interrogano sulla validità di queste regole e sui possibili gradi di libertà estraibili dalle restrizioni che impongono. Per esempio: possono esistere polimeri funzionali fondati su altre basi azotate diverse dalle cinque canoniche? Oppure: potremmo sostituire il ribosio e il desossiribosio con un altro zucchero pentoso?

Schema del DNA e alcuni zuccheri pentosi alternativi al desossiribosio.

Diversi team di ricercatori sparsi per il mondo sono giunti quasi simultaneamente ad annunciare nei giorni scorsi i risultati dei loro esperimenti condotti su quest’ultimo fronte. In particolare, un gruppo britannico del Medical Research Council di Cambridge, guidato da Vitor B. Pinheiro, ha esplorato le possibilità degli XNA, ovvero i cosiddetti acidi xenonucleici, come sono stati definiti gli acidi genetici ottenuti usando zuccheri pentosi diversi dal ribosio e dal desossiribosio. Come riportato da Le Scienze, gli zuccheri presi in considerazione sono l’arabinosio, il 2-fluoro-arabinosio, il treosio, un analogo bloccato del ribosio, l’anidroesitolo e il cicloesene, che originano le varianti ANA, FANA, TNA, LNA, HNA e CeNA degli acidi nucleici finora noti. Per tutti questi XNA, è stato possibile ricavare in laboratorio uno strumento fondamentale alla trasmissione dell’informazione genetica in essi codificati, la polimerasi, vale a dire un enzima capace di leggere, trascrivere e retrotrascrivere le sequenze di acidi nucleici. Non essendo presenti in natura molecole di XNA, non esistevano finora nemmeno le corrispondenti polimerasi. I ricercatori britannici sono riusciti ad assemblare polimerasi artificiali in grado di trascrivere l’informazione del DNA in un XNA e, viceversa, retrotrascrivere l’informazione dall’XNA al DNA.

L’ipotesi riconosciuta da Pinheiro e colleghi è che l’XNA possa funzionare come acido nucleico sintetico, ma è ancora presto per parlare di un sistema genetico del tutto autosufficiente. Siamo ancora ai primi passi. Tuttavia l’esito delle loro ricerche è interessante anche per un altro aspetto, legato al mistero dell’origine stessa della vita. L’assunzione che l’RNA abbia preceduto nella scala dell’evoluzione il DNA, molto più complesso, è largamente riconosciuta dai biologi, sebbene resti ancora oscuro il passaggio precedente, ovvero la formazione dell’RNA dal mondo pre-biotico. A colmare la lacuna si candiderebbe ora proprio uno degli XNA studiati a Cambridge, il TNA, l’acido treosinucleico, che ha la possibilità di legarsi all’RNA con un accoppiamento di basi antiparallelo (come accade nel DNA). Un altro passo avanti verso il futuro della programmazione della vita, quindi. Ma accompagnato da un salto a ritroso nel passato verso una comprensione autentica del processo, a cui non dovrebbe rimanere estranea un’assunzione di responsabilità nella sua forma più piena.