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DNA con 8 lettere, ora sappiamo come viene letto
Un gruppo della UC San Diego, guidato da Dong Wang, ha mostrato come un enzima batterico possa leggere e trascrivere le lettere artificiali di un alfabeto genetico a otto elementi. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, descrive i meccanismi con cui la RNA polimerasi riconosce queste basi sintetiche: un passaggio necessario per capire come utilizzare informazioni genetiche più ampie con gli strumenti molecolari della biologia.
Tutta la vita conosciuta sulla Terra utilizza le stesse quattro lettere del DNA, le basi adenina, timina, citosina e guanina. L’alfabeto studiato dai ricercatori ne comprende otto, grazie all’aggiunta di quattro lettere artificiali organizzate in due coppie. Il lavoro riguarda la trascrizione, cioè il processo con cui l’informazione contenuta nel DNA viene copiata in RNA, primo passaggio dell’espressione genica.
Per osservare questo processo, il gruppo ha combinato esperimenti biochimici e microscopia crioelettronica ad alta risoluzione. I ricercatori hanno ottenuto immagini strutturali della polimerasi del batterio Escherichia coli mentre riconosceva le lettere artificiali e incorporava le basi corrispondenti nell’RNA. L’unione dei due approcci ha permesso di studiare sia il comportamento dell’enzima sia i dettagli molecolari del riconoscimento.
Le strutture mostrano che, davanti alle lettere dell’alfabeto hachimoji, la polimerasi utilizza molti degli stessi segnali biochimici e strutturali impiegati con le coppie naturali. Secondo lo studio, questa somiglianza aiuta a spiegare l’accuratezza della trascrizione anche in presenza di un alfabeto ampliato. Il risultato aggiunge una spiegazione molecolare al filone delle ricerche sulle nuove lettere sintetiche del DNA, chiarendo come una macchina biologica naturale possa gestirle.
Un lavoro collegato dello stesso gruppo, pubblicato su PNAS, ha esaminato il riconoscimento di altre basi artificiali prive dei legami a idrogeno che normalmente contribuiscono a tenere unite le coppie di basi del DNA. Anche in quel caso la polimerasi riusciva a riconoscerle. I due studi affrontano quindi aspetti complementari della flessibilità dell’enzima, senza dimostrare che qualsiasi lettera sintetica possa essere trascritta con la stessa efficacia.
Le prospettive riguardano la biologia sintetica: ampliare l’alfabeto genetico potrebbe aiutare a progettare sistemi capaci di nuove funzioni o di produrre composti assenti in natura. Ricerche precedenti hanno già impiegato alfabeti ampliati per realizzare molecole di DNA sintetico capaci di riconoscere cellule di tumore del fegato. Si tratta di un precedente sperimentale, distinto dal nuovo studio, che non presenta una terapia né un test diagnostico pronto all’uso.
Il risultato descritto riguarda dunque la trascrizione e il suo meccanismo molecolare. Mostrare che una polimerasi batterica può gestire lettere artificiali non equivale a dimostrare l’esistenza di un organismo autonomo con un patrimonio genetico a otto lettere. Offre però una base sperimentale per sviluppare strumenti diagnostici, possibili terapie e sistemi biologici ingegnerizzati: applicazioni che richiederanno ulteriori verifiche oltre alla capacità dell’enzima di leggere il DNA sintetico.
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