Dna, settant’anni fa la scoperta che cambiò la biologia

E’ importante la storia della scienza? O la scienza, come voleva Popper, è una impresa sostanzialmente atemporale, nella quale una scoperta solidamente corroborata dall’esperimento, vecchia di due o tre secoli, coesiste a pari titolo con una dell’altro ieri o di stamattina? Probabilmente Popper ha tutte le ragioni logiche del caso; ma conoscere la storia della scienza è di fondamentale importanza per apprezzarne il ruolo sociale e favorirne lo sviluppo. Noi non prevediamo il futuro: studiamo il passato e speriamo che quello che apprendiamo ci possa servire per gestire il presente e programmare il futuro. Se pensiamo che la ricerca di oggi e di domani, apparentemente inutile, vada fatta, è perché la ricerca svolta l’altro ieri, che all’epoca sembrava inutile, si è poi rivelata preziosa e ci serve anche oggi. Per questo io penso che sia importante ricordare le scoperte più importanti del passato: ci dice quale dovrebbe essere la politica della scienza nel presente.

Ricorre nel 2014 il settantesimo anniversario della pubblicazione di una scoperta di fondamentale importanza per la biologia: la funzione del Dna. Tutti oggi sappiamo che se un bimbo assomiglia al suo papà e alla sua mamma (o ai suoi nonni e zii) è perché condivide con loro i suoi geni; e tutti sappiamo che i geni sono contenuti nei cromosoni del nucleo cellulare, fatti di acido desossiribonucleico (Dna). Non lo abbiamo sempre saputo: anzi la funzione del Dna è stata a lungo misteriosa ed elusiva. La dimostrazione definitiva che il veicolo dell’informazione genetica è il Dna è dovuta al microbiologo americano Osvald T. Avery, e ai suoi collaboratori MacLeod e McCarty e fu pubblicata sul Journal of Experimental Medicine nel febbraio del 1944 (in piena seconda guerra mondiale). L’esperimento è semplice quanto geniale. Avery aveva a disposizione nel suo laboratorio molti ceppi di batteri, patogeni e non patogeni; tra questi gli Pneumococchi di tipo II (o R, privi del rivestimento cellulare chiamato capsula), scarsamente virulenti, e quelli di tipo III (o S, dotati di capsula), molto virulenti. Il topo artificialmente infettato con Pneumococchi di tipo II spesso guariva, quello infettato con Pneumococchi di tipo III di solito soccombeva all’infezione.

F. Griffith aveva dimostrato nel 1928 che un topo inoculato con Penumococchi di tipo II vivi e Penumococchi di tipo III uccisi soccombeva all’infezione e presentava all’autopsia soltanto o prevalentemente Pneumococchi di tipo III. Una tra le possibili interpretazioni dell’esperimento di Griffith era che un componente biochimico presente negli Pneumococchi di tipo III uccisi potesse essere trasferito agli Pneumococchi di tipo II vivi e potesse trasformarli geneticamente in Pneumococchi di tipo III, vivi e virulenti. Avery partì da questo esperimento e da questa ipotesi e usò per le sue trasformazioni non gli Pneumococchi di tipo III uccisi, ma i loro componenti biochimici isolati e frazionati mediante estrazioni successive in alcol: cercò cioè quale frazione cellulare contenesse il potere di causare la trasformazione genetica. La frazione contenente il Dna risultò l’unica capace di trasformare gli Pneumococchi di tipo II in Pneumococchi di tipo III, sebbene, come Avery sottolineava, la capsula fosse costituita da sostanze chimiche diverse dal Dna: la sostanza trasformante conteneva l’informazione per costruire la capsula batterica, non la capsula stessa.

Qual era il ruolo del topo nell’esperimento di Avery? Perché il trasferimento di informazione genetica non poteva essere rivelato nei batteri in cultura, ma soltanto nell’infezione sperimentale del topo? Le difese immunitarie del topo uccidono facilmente gli Pneumococchi non capsulati, di tipo II; con molta maggior difficoltà quelli capsulati, di tipo III. Nei batteri in cultura il traferimento genico avviene lo stesso, ma non c’è nessuna pressione selettiva a favorire gli Pneumococchi trasformati, che rimangono una minoranza insignificante e non rilevabile dei batteri totali. Per contro nell’infezione sperimentale gli Pneumococchi di tipo II non trasformati sono uccisi dalle difese immunitarie del topo e solo quelli trasformati in tipo III sopravvivono (e uccidono l’animale).