Il DNA diceva come costruire le proteine. Le istruzioni si trovavano in “capitoli” chiamati geni. I filamenti di RNA (i parenti stretti del DNA) fungevano da messaggeri molecolari, trasportando gli ordini alle fabbriche di proteine della cellula e traducendo tali ordini in azioni. Tra un gene e l’altro vi erano lunghi tratti di “DNA spazzatura”, incoerente, inutile e inerte.
Così suonava il dogma fino a 10 anni fa. E così inizia la formidabile sintesi di Elizabeth Pennisi, che in una pagina di Science condensa il decennio di scoperte che ha cambiato tutto questo, rivelando che cosa contiene la cosiddetta “materia oscura” del DNA.
Le dimensioni di questo “genoma tenebroso” sono apparse evidenti nel 2001, quando è stata pubblicata la prima sequenza del genoma umano [su Nature e su Science]. Gli scienziati si aspettavano di trovare non meno di 100.000 geni impacchettati nei 3 miliardi di basi del DNA umano. Sorprendemente ce n’erano meno di 35.000 (e il conteggio attuale è di 21.000). Le regioni che codificavano proteine rappresentavano soltanto il 1,5% del genoma.Ma il resto del nostro DNA poteva essere solo spazzatura?
Alla storia mancava chiaramente un pezzo.
Con il sequenziamento del DNA del topo, completato nel 2002, si è visto che i topi egli esseri umani condividono non solo molti geni, ma anche ampi tratti di DNA non codificante. Per essersi conservate lungo i 75 milioni di anni che hanno separato le linee evolutive del topo e dell’uomo, queste regioni del DNA non potevano che essere cruciali per la sopravvivenza degli organismi.
In effetti nel 2006 si scopre che parte di questo DNA conservato serve a regolare i geni. E un’ulteriore prova che il DNA non codificante è di importanza vitale viene dagli studi dei fattori di rischio genetico per le malattie.
Nelle ricerche su larga scala di variazioni di singole basi di DNA tra gli individui malati e i sani, circa il 40% delle differenze correlate alle malattie si trovano in porzioni del DNA situate al di fuori dei geni.
Se il DNA dedicato ai geni è molto meno del previsto (abbiamo detto che è soltanto l’1,5%), un’altra previsione che si rivela sbagliata è la stima di quanto DNA debba essere trascritto in RNA. Nel 2005 viene dimostrato che:
circa l’80% del DNA della cellula è trascritto in RNA. Ma che cosa faccia tutto questo RNA, ancora non è chiaro.
La nebbia aveva in realtà già cominciato a diradarsi alla fine degli anni Novanta,
quando alcuni biologi vegetali e studiosi dei nematodi avevano iniziato a usare piccole molecole di RNA per disattivare i geni. La tecnica, chiamata interferenza a RNA (RNAi), è diventata un metodo standard per controllare l’attività genica in molte specie e ha meritato ai suoi inventori il premio Nobel nel 2006.
Per capire che cosa fanno più in generale le molecole di RNA che non corrispondono a geni, i ricercatori hanno iniziato a isolare e studiare piccole molecole di RNA lunghe circa 20-30 basi.
Si è scoperto che questi piccoli RNA possono interferire con l’RNA messaggero, destabilizzandolo, e possono interagire con la cromatina, il complesso di proteine e il DNA che forma i cromosomi, controllando ulteriormente l’attività dei geni.
Le piccole molecole di RNA sono coinvolte anche nella divisione cellulare (nel lievito la divisione non avviene correttamente quando mancano alcuni RNA); e altri studi indicano un loro ruolo importante nel cancro e nei processi di sviluppo embrionale.
Molti sono ancora i misteri sulla materia oscura del genoma. Ma il quadro generale è già abbastanza chiaro: dieci anni fa i geni erano da soli sotto la luce dei riflettori. Oggi quella luce va condivisa con un ben più ampio gruppo di attori, che è in continua crescita.
Shining a Light on the Genome’s “Dark Matter” di Elizabeth Pennisi è il primo articolo di una serie di dieci, intitolata Insights of the Decade, che Science ha pubblicato il 17 dicembre 2010 sulle grandi scoperte del primo decennio del nuovo secolo. L’immagine di apertura proviene dall’archivio Shutterstock.