Grazie ad un ricerca dell’Università di Torino abbiamo scoperto i segreti del DNA. Gli esperti hanno sviluppato un modello matematico in grado di spiegare la seconda regola di Chargaff, ritenuta uno dei più grandi enigmi della biologia
Lo studio si deve al gruppo di ricerca coordinato dal Prof. Piero Fariselli, dell’Università di Torino, collaborazione con Cristian Taccioli, Luca Pagani e Amos Maritan dell’Università di Padova. La ricerca è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica Briefing in Bioinformatics. Lo studio ha permesso di spiegare l’origine della seconda legge di Chargaff e di teorizzare un approccio fisico per descrivere l’evoluzione del DNA. Ma andiamo a vedere tutti i dettagli del caso.
DNA: scopriamo i dettagli sullo studio effettuato da UNITO
Come sappiamo la maggior parte degli organismi viventi utilizza il DNA a doppio filamento per tramandare il proprio codice genetico alle generazioni future e questa informazione biologica è il principale mezzo attraverso cui agisce l’evoluzione. Tuttavia, all’interno del DNA, esistono delle particolari simmetrie che risultano difficilmente spiegabili attraverso la sola teoria evolutiva della selezione naturale.
I ricercatori hanno sviluppato un modello matematico in grado di spiegare la più famosa di queste simmetrie, essa prende il nome di seconda regola di Chargaff. Per chi non lo sapesse Chargaff scoprì che su un singolo filamento di una molecola di DNA a doppia elica, il numero di adenine era pressoché identico al numero di timine, e così anche il numero delle citosine era simile a quello delle guanine.
Fino ad oggi questo era considerato uno degli enigmi della biologia proprio perché, non era mai stato chiarito il principio di questa regolare e simmetrica distribuzione delle basi azotate sul singolo filamento. Piero Fariselli, professore del Dipartimento di Scienze Mediche dell’Università di Torino, dice quanto segue in merito a ciò:
La seconda legge di Chargaff a differenza della prima regola di Chargaff, che portò alla comprensione della struttura a doppia elica del DNA, non è giustificata da nessun processo evolutivo. Negli ultimi decenni molti gruppi di ricerca hanno tentato di chiarire il motivo di tale simmetria, ma nessuno è mai stato in grado di ottenere predizioni valide. Attraverso una collaborazione multidisciplinare che ha coinvolto biologi e fisici teorici, siamo riusciti nell’intento di spiegare l’origine della seconda legge di Chargaff e di teorizzare un approccio fisico per descrivere l’evoluzione del genoma. Le caratteristiche strutturali della doppia elica del DNA e la consapevolezza del ruolo cruciale che ha l’entropia in ogni processo fisico, ci hanno permesso di risolvere finalmente questo enigma.
Lo studio
L’idea principale dei ricercatori è che il materiale genetico, come ogni sistema nell’universo(entropia), cresca seguendo uno stato di disordine crescente in modo da raggiungere un equilibrio e quindi conferire una maggiore stabilità strutturale. I risultati ottenuti dagli esperti ci fanno vedere come i ri-arrangiamenti genomici che massimizzano l’entropia siano favoriti durante l’evoluzione dei viventi perché vanno a stabilizzare la molecola di DNA. In merito a questo Fariselli continua dicendo:
Molto spesso viene scambiato il concetto di casuale con quello di uniforme. Il caso può produrre strutture molto complesse. Per esempio, se un cannone sparasse sassi dalla cima di una montagna in tutte le direzioni in modo casuale, si troverebbero sassi più frequentemente nelle valli che in cima ai monti circostanti. Questo è un processo casuale che per effetto della forza di gravità genera addensamenti inspiegabili guardando dall’alto e senza conoscerne l’origine. Analogamente, molte delle simmetrie che si riscontrano nelle sequenze del DNA hanno origine casuale, ma appaiono eccezionali a causa dell’interazione della doppia elica.
Sempre Fariselli conclude affermando che:
Abbiamo introdotto un nuovo paradigma tale per cui l’energia libera della doppia elica è il primo obiettivo su cui agiscono le forze evolutive per modellare la struttura del genoma. Il DNA viene spesso definito come un libro – spiega Fariselli – in cui l’inchiostro rappresenta l’informazione biologica codificata dalle basi azotate. Con il nostro lavoro poniamo l’enfasi anche sulla carta del libro. Le eccezioni a questa tendenza potrebbero, inoltre, offrire l’opportunità futura di misurare il contenuto energetico dell’evoluzione.
Questo studio potrebbe avere una grande influenza nel fornire in futuro approfondimenti nei campi della ricerca incentrati sulla comprensione della struttura dei genomi e sulla loro evoluzione. E voi cosa ne pensate a riguardo? Fatecelo sapere. Ma per non perdervi nessuna novità sul mondo scientifico, continuate a seguire le pagine di tuttoteK.
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