Sapere Scienza

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Il ruolo dell’acqua nel tenere insieme il DNA

4 Ottobre 2019

Vi avevano detto che a tenere insieme la doppia elica del DNA erano i legami a idrogeno tra le basi azotate. Ora, dai risultati raggiunti dagli scienziati della Chalmers University of Technology (Svezia) e pubblicati su PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences, un nuovo fattore si aggiunge alla valutazione della stabilità dell'acido desossiribonucleico: il suo rapporto con l'acqua. Cosa significa tutto questo e qual è l'utilità dei dati ottenuti in campi come la medicina? Seguiteci e lo capirete.

 

Il DNA e la sua struttura

 

Per comprendere le nuove osservazioni dei ricercatori è necessario ricordare come è fatto il DNA, il libretto d'istruzioni che spiega come costruire la vita sul nostro pianeta. Il DNA, l'acido desossiribonucleico, ha la struttura di una doppia elica, simile a quella di una scala a pioli: le parti laterali, i montanti, sono costituiti da zuccheri e gruppi fosfato alternati, mentre i pioli, i gradini, sono coppie di basi azotate - adenina e timina, guanina e citosina - tenute insieme da quello che è definito legame a idrogeno, una particolare interazione tra molecole. Se volete conoscere in maniera più approfondita la struttura del DNA, vi consigliamo di vedere il video qui sotto, realizzato dal MIT-Massachusetts Institute of Technology:

 

 

Un particolare rapporto con l'acqua

 

Secondo gli autori dell'articolo pubblicato su PNAS, il vero segreto della doppia elica di DNA potrebbe essere l'interno idrofobo delle molecole in un ambiente - quello delle nostre cellule - che è costituito per lo più da acqua. Cosa accade? L'ambiente che circonda il DNA è idrofilo (si lega all'acqua) mentre le basi azotate sono idrofobe, quindi respingono l'acqua circostante e per farlo in maniera efficiente si raggruppano, rendendo minima la superficie esposta.
Bobo Feng, uno degli autori del lavoro, ha illustrato: "Le cellule vogliono proteggere il loro DNA e non esporlo a un ambiente idrofobo che potrebbe contenere molecole pericolose. Ma, allo stesso tempo, il DNA delle cellule ha bisogno di aprirsi per essere utilizzato. Noi crediamo che la cellula mantenga il DNA in una soluzione acquosa per la maggior parte del tempo ma, appena vuole far qualcosa con il suo DNA, come leggerlo, copiarlo o ripararlo, lo espone a un ambiente idrofobo".
Come riportato nel comunicato ufficiale della Chalmers University of Technology, un esempio è la riproduzione: in questa fase della vita di una cellula, le coppie di basi si separano, aprendosi, e degli enzimi copiano entrambe le parti per produrre nuovo DNA. C'è poi il processo di riparazione della molecola quando è danneggiata: le aree deteriorate sono soggette a un ambiente idrofobo per poter essere riparate, ambiente creato dall'azione di una proteina catalitica. Questo tipo di proteina è essenziale nei processi di riparazione e potrebbe essere la chiave per curare patologie molto gravi.

 

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La risposta del DNA a un ambiente idrofobo

 

Per capire la risposta del DNA ad ambienti idrofili e idrofobi, gli studiosi hanno analizzato come la molecola si comportasse in una condizione più idrofoba del normale. Hanno adoperato una soluzione idrofoba di glicole polietilenico e, man mano, hanno modificato le condizioni in cui si trovavano le molecole di DNA, andando da un ambiente naturalmente idrofilo a uno idrofobo. Gli scienziati erano alla ricerca del limite dopo il quale il DNA inizia a disfarsi, perdendo la sua struttura, il momento in cui la doppia elica non ha più motivo di stare insieme perché è immersa in un ambiente che non è più idrofilo. Quel limite è stato osservato e la scala a pioli ha iniziato a scomporsi.

 

Un buon punto di partenza per studiare i batteri e terapie contro il cancro

 

Come già anticipato nei paragrafi precedenti, sono alcune particolari proteine a controllare l'ambiente all'interno della cellula e a modificarne le caratteristiche idrofile o idrofobe. Ora che è stato compreso il comportamento del DNA in condizioni idrofobe, studiare in maniera più approfondita queste proteine potrebbe condurre a soluzioni per combattere batteri resistenti o anche per progettare nuove cure per i tumori. Nello specifico, i batteri adoperano la proteina RecA per riparare il loro DNA: gli scienziati credono che il risultato ottenuto grazie all'esperimento possa aiutare a decifrare questo processo e, quindi, a costruire nuovi strumenti per uccidere questi microrganismi.
Per quanto riguarda il cancro, nelle cellule umane è la proteina Rad51 a riparare il DNA e a fissare sequenze mutate che possono portare alla malattia. Chiarire come il DNA provveda a ripararsi significa anche comprendere il tumore. A tal proposito, Feng ha affermato: "Abbiamo mostrato che il DNA si comporta in maniera totalmente differente in un ambiente idrofobo. Ciò può aiutarci a capire questa molecola".

 

Sabrina Conoci vi parlerà de "Le nuove tecnologie portatili per l'analisi del DNA", nell'articolo pubblicato nel numero di aprile 2016 di Sapere. Buona lettura!

 

Credits immagine: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology (modif.)

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copertina   settembre-ottobre 2019

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