18. Scienza e Arte.
(O.B.A.) Organismi Biologicamente Avanzati

Breve riflessione su principali concetti della Biologia

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Nel 1953 Francis Crick , James Watson e Maurice Wilkins vinsero il premio Nobel , in seguito alla loro definizione della Struttura del DNA.
Da allora il Dogma Centrale della Biologia riconobbe che il DNA svolgeva una funzione di protezione della informazione genetica, così che quest'ultima si sviluppa linearmente in una unica direzione (DNA => RNA => Proteine). In tal modo si disse che ad ogni gene corrispondeva l'espressione di una sola proteina. L'RNA (detto più di recente RNA-WORLD) è composto di varie molecole che hanno diverse funzioni specifiche di tipo catalitico; esse sono simili al DNA, solo che esse rispetto al DNA hanno un gruppo idrossile extra (-OH) e al posto del nucleotide Timina, hanno in sostituzione un gruppo dimetilato detto Uracile (U). Tra i vari RNA, l'RNA-m (messaggero) è quello che ha il compito di codificare le Proteine.

da TerritorioScuola, su Barbara McClintock

Note le varie funzioni del RNA di duplicazione e trasmissione della Codificazione del DNA , proprio al fine di mantenere il valido il Dogma Centrale della Biologia, circa dieci anni dopo il 1953, fu messa a punto la ipotesi di come le quattro basi (A,G = purine) e (T,C = pirimidine ) contenute nella doppia elica del DNA e quindi tradotte e trasmesse dagli RNA potessero controllare la codificazione di 20 amminoacidi.

In sostanza, si ritenne valido il seguente ragionamento: se con quattro basi prese singolarmente possono essere identificati al massimo quattro amminoacidi , è facile capire che se le basi codificanti sono prese a due a due, allora mediante tutte le loro combinazioni come massimo potrebbero essere codificate per 16 amminoacidi e cioè quattro in meno del numero degli amminoacidi fondamentali. Quindi, per coinvolgere la codificazione di tutti gli amminoacidi divenne statisticamente necessario ritenere che il codice genetico fosse funzione di almeno una Tripletta di Basi. Infatti per ogni coppia delle due basi codificanti si ha un volume di informazione equivalente a 2 alla sesta, cioè si hanno 64 combinazioni possibili. Pertanto, le triplette possibili sono in numero di 64 , cosi che abbiamo un sovrannumero di combinazioni per il trasferimento di segnali genetici; pertanto non tutte le triplette possono essere ritenute tutte codificanti per i 20 amminoacidi. Ad esempio, le quattro triplette simmetriche AAA, GGG, TTT, CCC possono essere scartate come portatrici di segnali non facilmente distinguibili. Delle 60 triplette rimanenti solo 20 vanno considerate come triplette effettivamente codificanti ed esse furono dette Codoni, mentre le altre in soprannumero si ritenne che non codificassero per nessun amminoacido. Evidentemente con tale ragionamento non si riuscì a prevedere l'esatta corrispondenza biunivoca tra i Codoni, e la sequenza di ciascun amminoacido nella composizione proteica. Pertanto, alle triplette in soprannumero vengono attribuite ipotetiche funzioni di controllo, come per esempio si è ritenuto che avvenisse per Codoni di inizio AUG e/o di termine dalla catena di codificazione (UAA, UAG, UGA). In ogni caso, tale ipotesi di codificazione per Triplette, non permette ancora oggi di capire a fondo la funzionalità strutturali delle formazione delle proteine.

Infatti, la funzionalità effettiva delle proteine dipende dal Folding (piegatura) e cioè dall'avvolgimento proteico tridimensionale. Questo ultimo, essendo capace di avvicinare elementi funzionali nei siti attivi, permette alle proteine di esprimere determinate attività operative. Esemplificando: se due gruppi acidi (–COOH ) si trovano di fronte l'uno all'altro, si forma un sito attivo della proteina in questione e tale sito diviene capace di tagliare per acidificazione un'altra proteina, mentre se si affacciano nel sito attivo un Gruppo acido ( --COOH ) ed uno Basico (-NH2) allora il sito proteico salifica e quindi in pratica può cucire assieme due o più proteine.

Certamente il Folding tridimensionale di una qualsiasi proteina non dipende dalla Informazione codificante contenuta inizialmente nel DNA, ma viene realizzato da opportuni enzimi (genericamente a volte chiamati Operoni) che favoriscono in breve tempo la scelta della conformazione proteica più adatta.

Tali considerazioni sul Folding Proteico, affermano senza ombra di dubbio, che il Dogma centrale della Biologia è falso, proprio in quanto pur contenendo ogni cellula un identico DNA, esso non codifica per esprimere identiche proteine. Infatti, le celle appartenenti a differenti funzioni ed organi (muscoli, sangue, cervello e così via), hanno la capacità di inibire ovvero attivare le sezioni geniche che codificano le varie tipologie proteiche. Pertanto, ben al di là del principio per cui un gene codifica una proteina, tutta una serie di studi ha reso necessario considerare l'interazione inversa tra Proteine e Geni, la quale permette a ciascuna regione del DNA di divenire attiva o passivarsi, così da poter produrre sequenze proteiche con specifiche funzioni .

La comprensione di tale interattività ciclica di informazione tra Geni e Proteine è ciò che ha evidenziato la necessita di attuare un effettivo superamento del Dogma centrale della biologia.

Inoltre, da quando è stata completata la sequenza del Genoma Umano (anno 2000), correlandola con quelle di altre mappature, quali per esempio quella del moscerino della frutta, tale confronto ha permesso di notare una troppo elevata similitudine dell'attività genetica di esseri viventi così evolutivamente diversi, e ciò ha messo ulteriormente in definitiva crisi il Dogma Centrale della Biologia nell'era così detta POST-GENOMICA.

Pertanto, per favorire una più ampia comprensione della variabilità genetica l'attenzione della biologia ha recentemente approfondito lo studio di elementi genetici mobili, noti come Trasposoni capaci di ricombinare le sequenze del DNA. I Trasposoni sono stati scoperti fin dagli anni '50 da Barbara McClintock, la quale tramite esperimenti sulle pannocchie di granturco scoprì l'esistenza dei Trasposoni, ovverosia porzioni di DNA in grado di spostarsi anche da un cromosoma all'altro (Crossing Over) e determinare un riassetto strutturale del materiale genetico rimodellandolo e aggiornandolo. In tal modo, i Trasposoni possono sia impedire la trascrizione di un gene ovvero attivarla anche in modo da ampliare la trasmissione dell'informazione genetica. Gli studi più avanzati in Biologia attualmente correlano la Genetica, alla Trascrittomica e Trasposomica, alla Proteomica (cioè lo studio delle modificazioni proteiche post –trasduzionali) e alla Metabolomica (quest'ultima comprende lo studio dei catalizzatori enzimatici per fornire una visione globale dei processi biochimici che avvengono in un sistema biologico integrale).

Come conseguenza di tale evoluzione degli studi biologici le biotecnologie di produzione di Organismi Geneticamente Modificati (OGM), si aprono verso una nuova dimensione meno rischiosa e più cosciente. Infatti, gli OGM sono stati prodotti agendo direttamente nel modificare il Genoma, nel quadro della vecchio Dogma Centrale dalla Biologia, con un ampio grado di irresponsabilità, proprio in quanto l'attività di mutazione indotta non teneva alcun conto dei possibili riassetti della informazione genetica per ricomposizione effettuata naturalmente dai Trasposoni, e neppure poteva tener conto delle relazioni complesse e bidirezionali che sussistono tra Genetica, Proteomica e Metabolomica.

Pertanto, oggi le sperimentazioni in campo Bio-tecnologico tendono a modificare la loro impostazione e, invece di procedere per tentativi nell'alterare direttamente la composizione dei nucleotidi per produrre gli OGM, le nuove biotecnologie si prefiggono lo scopo di produrre Organismi Biologicamente Avanzati (OBA), finalizzati a migliorare e ampliare la diversità biologica e il miglioramento delle specie, in particolare di quelle vegetali di rilevante importanza per la alimentazione umana.

Prospettive di ricerca sulla Genetica o la produzione di OBA nell'ambito della Agricoltura di precisione

In conclusione di questa sintetica nota sugli Organismi Biologicamente Avanzati (OBA), sottolineo che è proprio a causa dell'evoluzione cognitiva della genetica molecolare che la scienza è riuscita ad approfondire vari aspetti complessi della Biologia e della Genetica. Pertanto, l'evoluzione delle Scienze della Vita ha permesso di aprire una nuova sperimentazione delle Biotecnologie, non più limitata all'alterazione diretta della informazione genetica, facente seguito al Dogma Centrale della Biologia, che riteneva che nei geni fossero unicamente incluse le informazioni delle funzioni proteiche codificate linearmente e uni-direzionalmente dal materiale genetico. Oggi sappiamo, in particolar modo per i vegetali, dove i riarrangiamenti del materiale genetico sono naturalmente più frequenti, come sia possibile intervenire sulla base di strategie delle relazioni tra geni, enzimi e altre proteine, che complessivamente correlano la informazione genetica alla variabilità delle specie e alla differenziazione cellulare. Pertanto, in questa prospettiva innovativa di ricerca finalizzata alla produzione di Organismi Biologicamente Avanzati (OBA), si presume che le Nuove Biotecnologie possano favorire una gestione del recupero e incremento della biodiversità, e che quindi permettano di perseguire vantaggi di ordine agronomico e di una migliore efficienza economica, con speciale riguardo alla produzione di prodotti tipici locali.

da Italian Applications
Agricoltura di precisione

Quanto detto sopra, permette di avviare una nuova strategia per l'agricoltura, proprio in quanto la produzione di OBA rientra coerentemente nella definizione di innovazione e razionalizzazione degli interventi dell'Agricoltura di precisione; quest'ultima vista non solo come razionalizzazione dell'esistente, ma anche nelle sua dimensione di progresso nel quadro dello sviluppo competitivo nel mercato globale. L'Agricoltura di precisione è infatti un'agricoltura sito-specifica che corrisponde a una strategia gestionale derivante dalle potenzialità di una diffusa applicazione delle nuove soluzioni tecniche in agricoltura, ivi comprese le bio-tecnologie. In questo settore di produzione biotecnologica è indubitabilmente necessario evitare con precisione ed efficacia il bio-inquinamento conseguente alla diffusione di OGM. Pertanto, la produzione di OBA si allinea ai principi dell'Agricoltura di precisione, proprio in quanto questi ultimi possono essere oggi applicati alle operazioni agronomiche più svariate e, in particolare, a quelle finalizzate a non limitare le biotecnologie solo alle obsolete sperimentazioni relative all'innesco di DNA Trangenico per produrre OGM, ma rivolte a favorire viceversa la produzione di OBA, cioè di prodotti di una agricoltura innovativa che fanno coerentemente seguito a una complessa strategia di modificazione della struttura delle cellule vegetali, al fine di migliorare la gestione locale della crescita e della variabilità biologica, facendo particolare attenzione alle specie a elevato valore nutrizionale e farmacologico.

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