Il suo nome è acido desossiribonucleico, ma è meglio conosciuto come DNA. Impercettibile all'occhio umano, questa sostanza è responsabile del fatto che siamo ciò che siamo. È presente in quasi tutto e definisce ciascuna delle sue caratteristiche. La scienza che studia e lavora con lui è la genetica. Ecco perché, in occasione del DNA Day, Infobae ha parlato con quattro specialisti delle pietre miliari che hanno segnato la storia dell'umanità grazie alla loro «partnership».
Sono passati meno di 100 anni da quando, il 25 aprile 1953, il biologo James Watson e il fisico Francis Crick pubblicarono un articolo in cui presentavano la doppia elica del DNA, grazie agli esperimenti condotti dalla chimica Rosalind Elsie Franklin. Tuttavia, riassumere questi quasi 70 anni può essere stravagante, poiché questa scienza, in pochi anni, ha dimostrato che sarà in grado di cambiare il presente e il futuro dell'umanità.
1 - Una scoperta che cambierebbe la storia dell'umanità, anche se con qualche controversia
Il primo passo nella «scienza del DNA» è stato quello di descriverne la struttura: due catene che serpeggiano l'una intorno all'altra. Attualmente denominata «doppia elica». «Più di 50 anni fa, Watson e Crick hanno descritto la catena del DNA e, attraverso di essa, sono stati in grado di spiegare, fondamentalmente, di cosa sono fatti gli umani e le altre specie di esseri viventi», Pablo Kalfayan, medico specialista in Medical Clinic and Medical Genetics (MN 122,754) e membro del National Cancer Programma, ha detto Infobae Family, National Cancer Institute, Ministero della Salute della Nazione Argentina
«Nel 1952, Rosalind Franklin fotografa, per la prima volta, la fibra del DNA. Quindi Watson e Crick pubblicano la doppia elica. Ma la storia di questa donna, che ha lavorato molto, è stata appannata perché alcuni dicono che le sia stato rubato il credito. Alcuni dicono che abbia mostrato loro una fotografia in un corridoio e, poiché era qualcosa su cui stavano lavorando, ne hanno trovato la logica», ha detto la dott.ssa Soledad Kleppe, medico specializzato in Genetica e Malattie Metaboliche presso l'Istituto Medico di Alta Complessità dell'Ospedale Italiano. «Per decenni è stato cercato di chiarire e non è stato raggiunto, ma dopo questa pubblicazione erano note le basi piramidali della genetica», ha aggiunto.
Nel 1962, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins, leader del laboratorio in cui lavorava Rosalind Franklin, ricevettero il premio Nobel per la medicina. La donna dietro l'immagine a raggi X che mostrava la doppia elica non è stata riconosciuta, poiché a quel tempo questi premi non venivano assegnati postumi.
2- Con Dolly è iniziato un cambiamento che oggi si conta in decine
Per i «comuni mortali» che non conoscevano il mondo del DNA, la clonazione era più vicina a un film di fantascienza che a un fatto compiuto. Tuttavia, Dolly ha dimostrato che non solo era possibile, ma che era un percorso che aveva molto davanti a me. Il 5 luglio 1996, questa piccola pecora ha salutato il mondo e si è posizionata come il primo mammifero clonato da una cellula adulta.
I suoi «creatori» furono Ian Wilmut e Keith Campbell, del Roslin Institute di Edimburgo (Scozia), che scelsero di far conoscere la loro esistenza 7 mesi dopo la loro nascita. Era madre di 6 giovani e 7 anni dopo la sua nascita, è stata sacrificata per una malattia polmonare progressiva. Sebbene la sua vita possa essere considerata fugace, Dolly ha iniziato un viaggio che avrebbe cambiato il mondo. Un esempio di ciò è il progetto guidato dal ricercatore CONICET Andrés Gambini, nella produzione dei primi embrioni cloni di zebre (alcune specie sono minacciate) utilizzando uova di cavalla (una specie appartenente alla stessa famiglia).
«Questa tecnologia ha permesso la generazione di embrioni, gravidanze e nascite, dalle pecore Dolly nel 1996 ad oggi, sono state clonate più di 20 specie di mammiferi», ha detto Gambini a Infobae, che è anche membro del Dipartimento di Produzione Animale della Facoltà di Agronomia del UBA (FAUBA) e uno specialista in questo tecnico. «La clonazione di organismi è una forma artificiale di riproduzione asessuata in cui vengono prodotti individui geneticamente identici e in cui non c'è fecondazione, cioè gli spermatozoi non partecipano al processo di generazione di copie genetiche», ha detto.
Nelle parole dell'esperto, questa tecnica ha diverse linee di applicazione, una delle quali è finalizzata alla conservazione delle specie in via di estinzione. «La clonazione trasferendo il DNA dalle cellule è una biotecnologia con un grande potenziale perché consente il mantenimento della biodiversità attraverso il recupero delle specie, la riprogrammazione nucleare per la produzione di cellule staminali e lo studio relativo allo sviluppo embrionale», ha affermato l'esperto.
Nel frattempo, Hernán Dopazo, PhD in Scienze Biologiche, ricercatore indipendente presso CONICET e direttore scientifico dei biocodices, ha dichiarato: «Oggi ciò che facciamo con la clonazione e tutte le possibilità che ne derivano «provengono» da Dolly. Le cellule staminali, la de-differenziazione di qualsiasi cellula e la produzione di cellule fanno parte dell'intero percorso che l'ha percorsa».
«Dolly è stata la prima clonazione di mammiferi, ma prima erano stati clonati organismi minori, come i batteri. Dolly non era composto da cellule embrionali, ma da DNA che era già differenziato, anche se con tutte le informazioni. In questo caso, le funzionalità di sviluppo sono state rese disponibili e quel codice è stato riutilizzato. In altre parole, il DNA ha funzionato di nuovo «da zero» e hanno creato un essere vivente con le stesse informazioni», ha riassunto Kleppe.
3- PCR: una tecnica che ha cambiato le diagnosi
La pandemia ha messo l'acronimo PCR in bocca a centinaia di milioni di persone. Tuttavia, pochi conoscono la sua origine o quanto la genetica abbia a che fare con la sua evoluzione. Il suo vero nome è «Polymerase Chain Reaction» ed è un metodo diagnostico che consente di rilevare un frammento del materiale genetico di un agente patogeno.
«Oggi, praticamente, non potremmo fare nulla senza la PCR, che permette al DNA di moltiplicarsi grazie agli enzimi che sono stati scoperti e che sono polimerasi. È una grande scoperta, ma chiaramente è anche uno strumento fondamentale per la biologia, i laboratori e la medicina in generale «, ha affermato Dopazo. «La PCR consente di rilevare una malattia genetica, come le malattie mendeliane (NdER: conosciute con quel nome perché sono ereditate dalla prole secondo le leggi di Gregor Mendel, ci sono circa 6.000 di questa classe)», ha aggiunto.
A questo proposito, lo scienziato ha spiegato che, al momento, «le coppie vengono analizzate per scoprire se la combinazione tra loro non darà ai bambini malattie che possono essere prevenute geneticamente. Per rilevare l'embrione che non ha queste malattie, vengono utilizzati la PCR e il metodo di (Frederick) Sanger». Allo stesso tempo Kleppe ha aggiunto: «È l'amplificazione di alcune aree specifiche. Hai l'intera catena di DNA e con la PCR indichi da dove e fino a che punto dovrebbe essere amplificato. La PCR individua la sezione e produce molte copie di quel DNA che è molto piccolo e difficile da trovare».
4- Human Genome Project: un decennio, un futuro con un nuovo orizzonte
Cosa siamo noi? Cosa ci definisce esseri umani? Perché ogni individuo ha una caratteristica particolare? Queste e molte altre domande hanno ricevuto risposta grazie al Human Genome Project (HGP). Iniziato nell'ottobre 1990, questo programma di ricerca internazionale collaborativo mirava a generare una mappa e raggiungere una comprensione completa di tutti i geni umani. In soli 13 anni, l'umanità è riuscita a conoscere più del 90% del genoma e pochi giorni fa ha raggiunto il 100%.
«Il progetto sul genoma umano è stato completato nel 2003, anche se sono rimasti alcuni errori «accettabili». C'erano 6 gruppi internazionali che hanno lavorato insieme a un progetto che è costato 3 miliardi di dollari e hanno trovato lo stesso numero di lettere nel genoma. È un progresso che durerà tutta la vita e non è stato tutto, perché uno dei punti più rilevanti è il progresso della tecnologia che è andato di pari passo con questo progetto», ha spiegato Dopazo. Secondo l'esperto, analizzando entrambi gli aspetti, l'umanità è riuscita a fare progressi in questa materia. «Oggi fare un genoma ti costa mille dollari», ha detto.
Il ricercatore CONICET ha anche sottolineato che «in 20 anni c'è stato un cambiamento in tutta la tecnologia e questo è stato uno dei punti dei progetti, perché quando sono di queste dimensioni finiscono per essere progetti tecnologici. Siamo passati dal fare le sequenze manualmente e anche a mano, alle sequenze 500 genomi in una settimana, per le quali abbiamo bisogno di multiprocessing, miniaturizzazione, parallelismo e massiccia analisi dei dati: tutti progressi generati dal Progetto Genoma Umano». Ha chiarito: «Nel 2004 mancava solo l'8% del genoma ed erano regioni molto difficili e corte. Nel 2022 è stato completato».
«Questo progresso e le scoperte che lo seguirono e la scoperta di diversi geni hanno permesso di cercare la causa di molte malattie che possono verificarsi nelle famiglie; dare loro una nomenclatura, un nome o un'associazione. Può essere identificato quando il DNA «non funziona bene», aumentando il rischio di malattie come il cancro e altre malattie non tumorali. Insomma, attraverso gli studi genetici e la conoscenza del genoma troviamo alterazioni genetiche che si possono sospettare, ma che sono confermate da queste tecnologie. E questo, anche, possono essere studiati e analizzati sia nel paziente che nel loro gruppo familiare «, ha detto Kalfayan.
Da parte sua, Kleppe ha spiegato: «Un modello di DNA è stato prelevato da un gruppo di persone presumibilmente sane e il lavoro è stato diviso in modo che 6 centri provenienti da diverse parti del mondo potessero analizzarlo. Sei anni dopo il suo inizio, gli scienziati che lavorano al progetto sul genoma umano hanno convenuto che le informazioni dovevano essere liberamente accessibili per rendere i dati disponibili a chiunque desideri far progredire tale ricerca. Nel 2003, la prima parte del Progetto Genoma Umano è stata completata, prima di quanto si pensasse, che aveva 15 anni».
«Fino al 2000 circa, è stata una crescita costante e interessante nella scoperta genica. Ma tra il 2000 e il 2010 c'è stata un'esplosione; questi progressi sono davvero travolgenti ed esponenziali. Nel 2022 è stato ufficialmente pubblicato il primo genoma umano completo, sebbene tra l'1% e il 2% del genoma abbia strutture diverse, su lati diversi. Il futuro è enorme, perché attraverso ciò che sappiamo possiamo prevedere e non solo parlare di storia familiare», ha aggiunto l'esperto dell'Ospedale italiano.
5- Dalle nascite «à la carte» e la prevenzione delle malattie ereditarie ai trattamenti
Dal 2000 ad oggi, la fecondazione ha subito diversi progressi. Dal primo figlio chiamato «a la carte» fino ad oggi, con la tecnica chiamata «figlio di tre genitori», i progressi in questa materia sono stati fulminei. Ma non è tutto, sono state aperte anche una serie di diagnosi e trattamenti, nonché strategie per prevenire l'insorgere e persino lo sviluppo di alcune malattie.
«Nella medicina prenatale vengono valutati possibili cambiamenti nella gravidanza e i componenti vengono valutati a livello di gestione e le patologie possono essere diagnosticate e affrontate durante questo stesso periodo di tempo. Alcune sindromi specifiche possono anche essere rilevate e questi aspetti possono essere analizzati sia nella prima che nella seconda infanzia «, ha spiegato Kalfayan. Ma non è tutto, secondo l'esperto, dopo un parto, «puoi valutare diverse patologie nei bambini e valutare il grado o il rischio di recidiva, per una futura gravidanza».
Da parte sua, Dopazo ha aggiunto: «Nello screening genetico analizziamo gli embrioni per scoprire quale può trasferire e quindi evitare queste malattie in età adulta. Grazie all'HPG sono stati compiuti progressi nella conoscenza delle malattie e nella previsione dei rischi. Anche ora queste patologie possono essere previste non appena nasce una persona. Sapere quale embrione trasferire o quali sono i rischi di sviluppare una malattia cambia l'intero quadro e, anche, in pochi anni, alcune malattie possono essere eliminate».
«Non viene utilizzato per scegliere tratti o caratteristiche fisiche. Se non con un grave rischio di malattia. Prima dovevano continuare ad avere figli e con bassi tassi di sopravvivenza o non più bambini, ma con questa tecnica il trattamento viene eseguito in vitro e l'embrione viene diagnosticato prima che venga impiantato. Vengono impiantati solo embrioni che non presentano il rischio di malattia. In Argentina è molto usato e la verità è che permette alle persone di avere una famiglia che altrimenti non potrebbe», ha aggiunto Kleppe.
Infine, Kalfayan ha approfondito le tecniche diagnostiche: «La mia specialità è la genetica oncologica e grazie alle nuove tecnologie, che consentono alle persone e alle loro famiglie di valutare, è possibile analizzare le possibilità di sviluppare il cancro. Nel 1994 è stato scoperto il primo gene associato al cancro al seno, poi è stato trovato l'altro (BRCA1 e BRCA2). Ora sappiamo che quando rileviamo questi geni mutati, il rischio di sviluppare il cancro aumenta, anche se questo non significa che si svilupperà effettivamente».
«Questa tecnica si applica al cancro, ma può essere applicata anche ad altre patologie non oncologiche. Le implicazioni di questi progressi sono enormi, oltre a rilevare alterazioni e definire trattamenti più efficaci in base al suo DNA o alla mutazione che presenta, e la medicina è già accurata, perché prende di mira queste patologie e i geni che presentano mutazioni specifiche «, ha aggiunto il esperto dell'Ospedale Italiano.
6- CRISPR: una tecnica, un nuovo futuro
L'ultima pietra miliare di questa recensione viene dalla mano di due scienziati che hanno anche ricevuto il premio Nobel per la chimica 2020. Sono Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna, che sono state premiate «per lo sviluppo di un metodo per l'editing del genoma». Chiamata come «le forbici genetiche CRISPR/Cas9", questa tecnica ha «avuto un impatto rivoluzionario sulle scienze, sta contribuendo a nuove terapie antitumorali e può trasformare in realtà il sogno di curare le malattie ereditarie», come notato dalla Royal Swedish Academy of Sciences.
«Questa tecnologia ci consente di tagliare il DNA in una posizione specifica, in modo da poter modificare, in base e in determinate posizioni, per curare le malattie mendeliane e altri disturbi possono essere corretti», ha spiegato Dopazo. A questo proposito, ha chiarito che con questa tecnica «non è possibile lavorare su un organo completo, anche se almeno per correggere alcuni aspetti. CRISPR cambierà tutto. Ora possiamo diagnosticare, cambiare, osservare, leggere e modificare. È impensabile quello che si può fare d'ora in poi, ha molti margini», ha aggiunto.
Mentre Kleppe ha aggiunto: «CRISPR è una tecnica per modificare le informazioni genetiche. Prima, hai dato a un virus un gene per entrare nel DNA, ma è arrivato ovunque e potrebbe romperlo e causare una malattia genetica. Questa tecnica proviene da batteri e viene utilizzata per essere in grado di inserire informazioni genetiche in un luogo specifico, quindi ci sono pochissime possibilità di errore».
CONTINUA A LEGGERE