Un alfabeto ricco di sfumature

L’acido deossiribonucleico, o più semplicemente DNA, è composto dall’alternarsi di quattro nucleotidi. L’adenosina, la guanina, la citosina e la timina (sostituita dall’uracile nell’RNA) scrivono la sequenza dei geni che caratterizzano tutti gli esseri viventi. Esistono, tuttavia, delle versioni modificate dei tradizionali nucleotidi che si trovano in alcune regioni del genoma e spesso fungono da “vigili” dell’espressione genica, controllando l’attivazione dei geni. Si tratta di marker epigenetici (qui potete leggere qualcosa di più sull’epigenetica) e, nei batteri, possono anche proteggere il DNA dall’attacco dei virus. Di queste “sfumature” se ne conoscono alcune, ma molte altre restano da scoprire. Un gruppo di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) di Boston, negli Stati Uniti, ha sviluppato un metodo per individuare e caratterizzare questi nucleotidi modificati nel DNA.

 

Cercare gli aghi nel pagliaio

Le modifiche del DNA vengono apportate ai neofilamenti sintetizzati durante il processo di divisione cellulare da specifici enzimi. Nonostante il loro ruolo biologico non sia ancora del tutto chiaro, c’è accordo nel dire che queste spesso aiutano la cellula a decidere quali geni attivare e in che momento. Alcuni di questi nucleotidi speciali fungono, per alcuni batteri, come dei veri e propri difensori contro l’attacco di virus, impedendo al DNA virale di integrarsi nel DNA batterico e di replicarsi.

Dedon e Valérie de Crécy-Lagard, autori dello studio pubblicato su PNAS, non sono nuovi a questo tipo di scoperte. Sono loro, infatti, ad aver scoperto in precedenza molti dei geni responsabili della sintesi della queuosina e della archeosina, due nucleotidi modificati presenti dell’RNA di alcuni microrganismi. Usando una tecnica di screening e comparazione di genomi provenienti da specie diverse  (definita genomica comparativa), gli stessi ricercatori hanno identificato geni simili in diverse specie batteriche, tutti racchiusi in una regione del genoma codificante per gli “strumenti” necessari a modificare il DNA.

La spettrometria di massa ha permesso di verificare che questi geni si traducono in nucleotidi “nuovi” che i ricercatori hanno chiamato dADG. I batteri in possesso di queste modifiche nel proprio DNA sono in grado, ad esempio, di produrre enzimi in grado di tagliare il DNA virale in piccoli frammenti e son in grado, quindi, di difendersi dagli attacchi virali. Come identificare, però, in maniera sistematica, questi nucleotidi all’interno di una qualsiasi sequenza genomica? Grazie ad uno speciale tipo di sequenziamento del DNA, sviluppato dal MIT di Boston insieme ai collaboratori del New England Biolabs. Si tratta del Single-Molecule Real-Time sequencing (SMRT), in grado di individuare all’interno di una sequenza di DNA, nucleotidi diversi dai tradizionali quattro conosciuti.

 

Possibili target per nuovi antibiotici 

Nel genoma umano sono state identificare solo poche di queste sfumature. Applicando questa raffinata tecnica di individuazione dei nucleotidi modificati sarà possibile individuarne di nuove anche se, prevedono i ricercatori, il loro numero potrebbe essere molto basso. Nei batteri, invece, si stima ci siano almeno una dozzina di nuovi nucleotidi da individuare. Sembra di particolare interesse la scoperta, tutta da approfondire per il particolare legame con la nostra salute, che i batteri del nostro microbioma intestinale siano particolarmente ricchi di dADG e di un altra modifica del DNA, chiamata fosforotioato. Inoltre, ogni nuova modifica identificata può rappresentare un potenziale target per nuovi antibiotici, specialmente nel caso in cui queste corrispondano alla produzione di enzimi “difensori” per i batteri.

 

Immagine box:  Wing Ngan/Ink Design (edited by MIT News)

Immagine banner in evidenza: wikipedia

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