Vuoi acquistare un libro con oltre il 98 per cento del testo scritto in parole senza senso? La biologia non ha affari nel settore del libro, eppure scrive ancora una guida piuttosto affascinante: il DNA. Il nostro manuale genetico contiene le istruzioni per le proteine che compongono e alimentano i nostri corpi. Ma meno del 2 per cento del nostro DNA in realtà codici per loro.
Il resto — 98,5 per cento delle sequenze di DNA — è il cosiddetto “DNA spazzatura” che gli scienziati a lungo pensato inutile. I tratti non codificanti proteine sembravano frasi senza senso in una bozza di libro-scrittura inutile, forse dimenticata. Ma una nuova ricerca sta rivelando che le parti” junky ” del nostro genoma potrebbero comunque svolgere un ruolo importante.
Parole senza significato
La natura ha un modo particolare di scrivere. Il nostro script genetico utilizza solo quattro lettere: A, G, C e T. Lunghe combinazioni di queste lettere costituiscono i nostri geni, che informano la costruzione delle proteine. Ma il processo di produzione di proteine non è così semplice come leggere una ricetta di cucina. Prima di mettere insieme le proteine, il DNA viene trascritto in fili di RNA che vengono tagliati e riassemblati in pezzi più piccoli.
Durante il taglio, i tratti non codificanti — la spazzatura-vengono scartati, il che significa che non si abituano mai a produrre proteine. Perché la natura porta così tanto materiale apparentemente inutile nella sua guida è una domanda che i ricercatori continuano a riflettere. La spiegazione più logica è che questo” DNA spazzatura ” potrebbe non essere così inutile dopo tutto.
Funzioni per l’Inutile
Quasi un decennio dopo il completamento del Progetto Genoma Umano, che ci ha dato la prima lettura completa della nostra genetica script all’inizio del secolo, un team di oltre 400 scienziati rilasciato quello che hanno chiamato l’Enciclopedia degli Elementi del DNA, o CODIFICARE per breve. La collaborazione internazionale ha esplorato la funzione di ogni lettera nel genoma. I risultati della massiccia impresa hanno richiesto una rivalutazione del DNA spazzatura. Anche se meno del due per cento del genoma produce proteine, circa l ‘ 80 per cento svolge una sorta di funzione.
Ciò che è caduto nella definizione di funzionalità di ENCODE era piuttosto ampia, tuttavia. Qualsiasi “attività biochimica” era un gioco equo — essere trascritti in RNA, anche se tagliati più tardi nel processo, sequenze qualificate come funzionali. Ma molte delle sezioni “spazzatura” hanno ruoli importanti, inclusa la regolazione del modo in cui il DNA viene trascritto e tradotto da lì in proteine. Se le sequenze codificanti proteine sono le note di una sinfonia, allora alcune delle sequenze non codificanti agiscono come il direttore d’orchestra, influenzando il ritmo e le ripetizioni del capolavoro.
Ma non ogni bit di DNA spazzatura potrebbe avere un uso funzionale. In uno studio pubblicato su Molecular Biology of the Cell nel 2008, gli scienziati hanno pulito il DNA spazzatura dal genoma del lievito. Per particolari geni, si sono sbarazzati di introni-le sezioni che vengono tagliate via dopo la trascrizione del DNA. Hanno riferito che la rimozione dell’introne non ha avuto conseguenze significative per le cellule in condizioni di laboratorio, sostenendo l’idea che non abbiano alcuna funzione.
Ma gli studi pubblicati su Nature quest’anno hanno sostenuto il contrario. Quando il cibo è scarso, i ricercatori hanno scoperto che queste sequenze sono essenziali per la sopravvivenza del lievito. L’utilità di questi introni potrebbe dipendere dal contesto, questi studi sostengono — ancora ben lungi dall’essere spazzatura.
Utile spazzatura
Altri progressi della ricerca negli ultimi dieci anni suggeriscono anche “DNA spazzatura” potrebbe essere solo frainteso materiale genetico. Gli scienziati hanno ora collegato varie sequenze non codificanti a vari processi biologici e persino a malattie umane. Per esempio, i ricercatori ritengono che queste sequenze sono dietro lo sviluppo dell’utero e anche dei nostri pollici opponibili. Uno studio pubblicato su Annals of Oncology lo scorso anno ha dimostrato che un segmento di DNA non codificante agisce come una manopola del volume per l’espressione genica, influenzando in ultima analisi lo sviluppo del cancro al seno e alla prostata. E uno studio su Nature Genetics quest’anno ha trovato mutazioni al di fuori delle regioni codificanti geni possono causare autismo.
Esplorare il ruolo delle sequenze non codificanti è ora un’area di intensa ricerca. L’aumento delle prove suggerisce che queste sequenze non codificanti potrebbero aiutare il trattamento della sconfitta del cancro e gli esperti ora le vedono come strumenti promettenti per la diagnosi del cancro.
Nonostante il numero di funzioni ora attribuite al DNA spazzatura, alcuni ricercatori credono ancora che la maggior parte del codice genetico sia inutile. Dan Graur, un biologo evoluzionista presso l’Università di Houston, pensa che almeno il 75 per cento di esso non ha alcuna funzione.
Per trovare il numero, Graur ha usato la modellazione matematica per determinare quanto DNA potrebbe essere utile. Ha considerato la frequenza di mutazioni deleterie-cambiamenti dannosi o rotture alla doppia elica-il nostro genoma acquisisce nel tempo, insieme ai tassi di fertilità. Poiché queste mutazioni possono essere letali, Graur stima in un articolo del 2017 su Genome Biology and Evolution che non più di un quarto del nostro codice genetico può essere funzionale — più e accumuleremmo mutazioni mortali a un ritmo insostenibile.
Domande e molto dibattito rimangono intorno DNA spazzatura. Se Graur ha ragione, una vasta porzione di esso potrebbe essere solo pagine zero che proteggono le cose utili dalle mutazioni. Ma non è così squallido per un materiale tossico, vero?