La biologia sembra un argomento davvero vasto e complicato per molte persone. E per molti versi lo è. Tuttavia, gran parte delle conoscenze in biologia, o almeno in biologia molecolare, si basano su un principio molto semplice che chiamiamo “il dogma centrale della biologia molecolare” – soprattutto perché suona bene :P.
Questo dogma centrale era già stato delineato nel 1957 da Francis Crick [1]. È la teoria che spiega come funziona la vita, dai piccoli batteri, attraverso le piante e gli animali, fino all’uomo. Ci sono differenze tra gli organismi, ma l’idea principale è la stessa per tutti.
Tutti gli esseri viventi sono fatti di cellule. Nel nostro corpo, le ossa, i muscoli, il cervello, ecc. sono tutti formati da cellule. Le cellule provenienti da diverse parti del corpo possono essere molto diverse tra loro (ma questo può essere discusso in un altro post!). Tuttavia, hanno tutte alcuni componenti di base e uno di questi è il nucleo, che contiene il DNA.
Tutte le informazioni di cui un organismo ha bisogno per funzionare sono contenute in queste molecole di DNA (anche detto acido deossiribonucleico), quindi si può pensare ad esso come un manuale di istruzioni per le cellule. È codificato con un alfabeto di quattro lettere che è sufficiente a sostenere tutte le forme di vita! Tuttavia, prima di poter interpretare le informazioni, la cellula deve cambiarle in un formato diverso e più accessibile: l’RNA (acido ribonucleico). La trasformazione da DNA a RNA si chiama trascrizione. Si può pensare di “riscrivere” una parte specifica del manuale che è necessaria al momento e di inviarla come un ordine o un compito. Poi, l’RNA lascia il nucleo e viene letto da piccole molecole chiamate ribosomi, che producono proteine secondo le istruzioni. Il processo di formazione delle proteine è chiamato traduzione e può essere inteso come la traduzione letterale delle informazioni da una lingua (linguaggio del DNA e dell’RNA) ad un’altra (linguaggio delle proteine). Il linguaggio delle proteine consiste di 20 “lettere” note come aminoacidi. Gli amminoacidi assemblati e piegati costituiscono le proteine che svolgono il lavoro vero e proprio. Ad esempio, i nostri muscoli si contraggono grazie all’azione di due proteine (actina e miosina).
Il dogma centrale della biologia molecolare è stata una rivoluzione che ha cambiato il nostro modo di intendere la vita [1]. Per la prima volta, gli scienziati hanno compreso le relazioni tra le molecole più abbondanti (DNA, RNA e proteine). Tuttavia, questa teoria era piuttosto speculativa all’epoca, e la trascrizione e la traduzione sono più complesse della nostra versione semplificata.
Crick, formulando la sua teoria, ha menzionato un’eccezione: i retrovirus (per esempio, l’HIV: il virus dell’immunodeficienza umana). All’epoca non avrebbe potuto sostenerla con alcuna prova, ma si è rivelata vera [1].
I retrovirus usano l’RNA come materiale genetico di base e possono copiare le informazioni dall’RNA nel DNA, in un processo chiamato trascrizione inversa [2]. Questo processo trasforma il materiale genetico virale (RNA) in un tipo identico al nostro (DNA), grazie a questa strategia, il virus dirotta i macchinari della cellula per moltiplicarsi.
La replicazione è un processo che consiste nel fare due copie identiche di DNA da una molecola di DNA. Man mano che cresciamo, il numero di cellule nel nostro corpo aumenta. Affinché le cellule facciano il loro lavoro correttamente, il manuale di istruzioni (DNA) deve essere trasmesso ad ogni nuova cellula. La replicazione [3], [4] assicura la moltiplicazione del numero di copie di DNA in modo che ogni cellula possa ottenerne una. Il dogma centrale afferma che il DNA è la principale molecola replicante, anche se l’RNA può anche essere replicato (come nei retrovirus, ma il processo potrebbe anche avere un ruolo negli esseri umani [5]). Secondo la teoria di Crick le proteine non sono replicabili. Le cellule non possono produrre una proteina basata su un’altra proteina – hanno sempre bisogno di RNA. Presi insieme, possiamo attualmente riassumere il dogma centrale della biologia molecolare come segue (le linee tratteggiate indicano processi meno comuni):
La biologia è piena di sorprese e fenomeni inaspettati continuano ad apparire. In alcuni casi, la loro interpretazione può sembrare in contraddizione con il dogma centrale. Per esempio, la scoperta dei prioni [6]: queste proteine piegate in modo errato possono cambiare la forma di proteine “normali” già esistenti. Sono responsabili di molte malattie [7], come il morbo della mucca pazza. Alcuni scienziati lo vedono come un modo per replicare le informazioni a livello proteico [6].
Un altro esempio viene dall’epigenetica – campo della scienza che studia i meccanismi che controllano l’espressione genica, senza alterare la sequenza del DNA (potete immaginarlo come dare o togliere l’accesso ad alcune parti del nostro manuale di istruzioni). Uno di questi meccanismi sono le proteine che possono controllare il segmento di DNA che viene effettivamente espresso (cioè utilizzato dalla cellula). Può essere utilizzato per sostenere che le informazioni possono viaggiare nella direzione opposta nel dogma centrale originale [8]. Tuttavia, il consenso scientifico non è stato ancora raggiunto, e il dogma centrale continua ad essere la chiave per la nostra comprensione della vita a livello molecolare.
Il dogma centrale non è importante solo per la biologia, ma anche per capire il nome del nostro blog! Così come alcune molecole della cellula trasferiscono informazioni dal DNA, in modo che possano essere comprese dai ribosomi, noi vogliamo spiegare la scienza in modo semplice, in modo che possa essere compresa da tutti. Pertanto, ci vediamo come il trascrittoma (l’insieme di tutte le molecole di RNA all’interno della cellula). L’unica differenza è che invece di informazioni provenienti dal DNA, mettiamo la scienza in un formato accessibile!
Bibliografia:
1. Cobb, M. 60 years ago, Francis Crick changed the logic of biology. PLOS Biology 15 (2017).
2. Fang, J.M.C.a.H. The Discovery of Reverse Transcriptase. Annual Review of Virology 3, 29-51 (2016).
3. Cooper, G.M. in The cell: a molecular approach, Edn. 2nd (Sunderland(MA): Sinauer Associates, 2000).
4. Pray, L.A. Major Molecular Events of DNA Replication. Nature Education 1 (2008).
5. Ahlquist, P. RNA-Dependent RNA Polymerases, Viruses and RNA silencing. Science 296, 1270-1273 (2002).
6. Reid, M.D.Z.a.C. A brief history of prions. Pathogens and Disease 73 (2015).
7. Geschwind, M.D. Prion Diseases. Continuum (Minneapolis, Minn.) 21, 1612-1638 (2015).
8. Koonin, E.V. Does the central dogma still stand? Biology Direct 7 (2012).
