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Perché il codice genetico ha improvvisamente smesso di evolversi?


Tutto ciò che sulla Terra chiamiamo vita esiste per grazia di un codice genetico universale. Questa sorta di manuale delle istruzioni biologico dice alle nostre cellule come tradurre il DNA in proteine, senza le quali non potremmo sopravvivere.

Sebbene il codice genetico sia alla base di un numero apparentemente incommensurabile di organismi, facciamo tutti capo a un comune antenato—una lingua franca della vita.

Per quanto possa variare nelle sue proprietà, però, il codice genetico è in realtà statico. Circa tre miliardi di anni fa, il codice genetico ha semplicemente smesso di crescere per ragioni ancora sconosciute agli scienziati. Anziché continuare a espandersi per formare nuove combinazioni di aminoacidi (e potenzialmente nuova vita), è rimasto stagnante nella sua attuale dimensione e funzione. Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science Advances, però, offre una spiegazione al misterioso limite evolutivo del codice genetico.

Un team di genetisti dell’Institute for Research in Biomedicine del Centre for Genomic Regulation ha scoperto che svariati miliardi di anni fa, il codice genetico ha raggiunto un punto di auto-conservazione. In altre parole, una situazione in cui poteva continuare a evolversi—rischiando di mutare le componenti essenziali della vita di cui era ormai responsabile—oppure restare limitato, ma funzionante.

“La sintesi delle proteine basata sul codice genetico è il fondamento dei sistemi biologici ed è cruciale per far sì che le informazioni vengano tramandate correttamente,” ha detto l’autore principale dello studio, Lluís Ribas de Pouplana.

L’origine e l’espansione del codice genetico risalgono a molto prima che si formassero i tre domini della vita: bacteria, eukarya e archaea. Solo negli anni Sessanta gli scienziati sono riusciti finalmente a capirne la struttura fondamentale. Considerato il suo potenziale ingegneristico, però, il codice genetico è stato relativamente poco creativo.

Nel corso dei millenni, il codice genetico si è evoluto per contenere “codoni” di tre nucleotidi, che l’RNA di trasferimento (tRNA) traduce in una sequenza di amino acidi, la quale porta poi alla creazione delle proteine fondamentali. Come rivelato nello studio, però, ad un certo punto della storia, l’RNA di trasferimento ha raggiunto un limite nel numero di amino acidi che era in grado di tradurre con successo in proteine. A quel punto, il codice genetico e la complessità della vita organica si sono relativamente stabilizzate.

Con qualsiasi numero di amino acidi superiore a 20, la macchina dell’espressione genetica si confondeva. I risultati di questa traduzione tanto erronea erano sempre mutazioni “dalle conseguenze catastrofiche,” secondo Ribas.

L’espansione del codice genetico avrebbe consentito al tRNA di continuare a creare, ma la cavità a forma di L tipica dei ribosomi—la parte di cellula dove la proteina viene costruita—non consentiva grandi variazioni. Se le molecole di tRNA non si fossero adattate ai bisogni specifici del ribosoma, l’efficienza della sintesi proteica sarebbe stata seriamente compromessa, il che sarebbe risultato fatale per la vita.

“Da un certo punto in poi, la natura non è stata in grado di creare nuovo tRNA sufficientemente diverso da quello già disponibile, senza causare problemi nell’identificazione del corretto amino acido. Nello specifico, quando si è arrivati a 20 amino acidi,” ha spiegato Ribas.

Gli autori dello studio sperano che le loro scoperte possano fornire un contributo nel campo della biologia sintetica e portino a nuovi traguardi nella manipolazione genetica.

Al momento, una nuova tecnica di manipolazione genetica chiamata CRISPR/Cas9 sta prendendo piede perché consente di modificare meticolosamente il DNA e di ottenere risultati migliori di altre tecniche coeve. Nuove informazioni sull’evoluzione e le limitazioni del codice genetico potrebbero aiutare i biologi a creare proteine uniche, dotate di funzioni del tutto nuove.

Esplorare i primordi della storia e il nostro futuro geneticamente alterato significa aprire la porta a eccitanti innovazioni nel campo della genetica. I successi e i fallimenti dell’evoluzione possono raccontarci di più sulla nostra condizione di specie rispetto a qualsiasi opera di fantascienza. Ma, cosa più importante di tutte, se non ci ricordiamo di guardare indietro di tanto in tanto, non sapremo mai quanta strada abbiamo davvero percorso.

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