Esattamente 50 anni fa Nature pubblicava un articolo che descriveva la struttura
della molecola del DNA. Sebbene fossero in due a firmare il paper, la scoperta
era figlia di molti, ed era nata in un ambiente particolarmente favorevole
24 aprile 2003
Cinzia Tromba
fonte: Airone, quaderno "Geni e cloni"
C'è chi l'ha paragonata a Monna Lisa. Una gioconda dell'era scientifica.
In effetti, per la potenza con cui ha permeato l'immaginazione di ognuno -
e persino l'arte contemporanea - la molecola del DNA è un'icona che
non teme eguali. La spirale più famosa di tutti i tempi, la scala a
chiocciola più affascinante. La doppia elica. Oggi DNA è parola
sulla bocca di tutti, anche se solo pochi saprebbero sciogliere l'acronimo,
ottenuto dalla versione inglese (DesoxyriboNucleic Acid) di acido desossiribonucleico.
Una parola citata spessissimo: "è nel DNA", "ci vorrebbe
un test del DNA". E, sovente, a sproposito.
A pensarci oggi, sembra strano che solo 50 anni fa, al di fuori del ristretto
circolo degli esperti, non si sapesse quasi nulla di DNA. E che quel poco che
si conosceva non fosse ritenuto degno di molta attenzione. A quel tempo le
vere star erano altre. Erano le proteine, mattoni e manovali - al tempo stesso
- nel grande cantiere cellulare, ad attirare la maggior parte delle ricerche.
Poi, come accade frequentemente nella storia della scienza, una serie di circostanze,
di cervelli, di caratteri si trovano in una combinazione particolare che permette
di imprimere quella svolta al corso della ricerca da cui scaturisce "la
scoperta". Scoperta che, malgrado le apparenze, non è mai frutto
di un colpo di genio individuale, o di poche intelligenze, ma, piuttosto, emerge
dall'incontro, per molti versi fortuito, di una serie di circostanze favorevoli
maturate in un determinato contesto storico.
Per il DNA non è andata molto diversamente, come vedremo.
Dove stava la ricerca prima del 1953
Negli anni immediatamente precedenti la scoperta della struttura molecolare
del DNA la ricerca biologica, come si è detto, privilegiava le proteine.
Molecole costituenti parti essenziali di cellule e organi (dalle fibre dei
muscoli alla cheratina dei capelli) ma anche molecole (gli enzimi) necessarie
per catalizzare reazioni fondamentali. Insomma, le proteine sembravano la vera
materia pulsante di vita.
A quell'epoca, non solo si sapeva ancora poco del DNA, ma molti studiosi si
dimostravano scettici di fronte all'idea che questa molecola, scoperta più di
80 anni prima (vedi box) potesse rappresentare la sede fisica dei geni, le
unità responsabili della trasmissione delle caratteristiche erditarie.
Allora circolavano idee molto confuse e contrastanti per quanto riguarda la
sostanza di cui era costituito il materiale ereditario. Anzi, per molti scienziati
quello di gene era soprattutto un concetto, un'astrazione; ben diverso dalla
materialità fattiva delle proteine. Le sole, secondo una linea di penisero
condivisa da molti, ad avere le caratteristiche giuste per costituire il vero
materiale ereditario: la loro grande variabilità sembreva molto più adatta
allo scopo della staticità della molecola di acido nucleico (pregiudizio
che verrà definitivamente gettato nel cestino con la scoperta del codice
genetico). E' così che esperimenti che ora appaiono cruciali a quei
tempi ottennero scarsissima attenzione perché erano in controtendenza
rispetto alle opinioni più diffuse.
Per tornare al DNA, alla fine degli anni quaranta si sapeva che era costituito
di una sequenza di basi, molecole a forma di anello appartenenti a due famiglie:
quelle pirimidiniche, timina (T) e citosina (C) formate da un solo anello,
e quelle puriniche, adenina (A) e guanina (G) formate da due anelli. Si sapeva
inoltre che nella costituzione della molecola entravano anche uno zucchero
(il desossiribosio) e gruppi di acido fosforico. E che nel nulceo il DNA era
associato a proteine.
Il background della scoperta di Watson e Crick
Come si è detto, le scoperte - grandi e piccole - della scienza non
sbocciano dal nulla. Così, il lavoro di Watson e Crick deve molto a
una serie di progressi ottenuti in quegli anni in diversi filoni di ricerca:
la messa a punto di tecniche di cristallografia a raggi X nello studio delle
molecole organiche; la dimostrazione da parte di Erwin Chargaff che nella molecola
del DNA il numero di basi A e T e di basi G e C è uguale; la scoperta
di Linus Pauling che le molecole di alcune proteine assumono forme elicoidali
e, infine, gli studi dei genetisti, che accumulavano indizi sempre più convincenti
che il vero materiale contenuto nei cromosomi responsabile della trasmissione
dei caratteri, dell'ereditarietà, non fossero le proteine, ma il DNA.
Certo, a quell'epoca, e ancora per qualche tempo dopo, nessuno metteva insieme
in un quadro unitario tutti questi risultati. E, come accade spesso con le
novità, buona parte del mondo accademico non era pronto ad accoglierne
le implicazioni e neppure a riconoscerne il valore. Gli esperimenti di Avery,
McLeod e McCarty sugli pneumococchi, per esempio, avevano dimostrato per la
prima volta, e con un'indiscutibile eleganza, che le caratteristiche ereditarie
erano convogliate dal DNA e non, come molti credevano, dalle proteine. Eppure,
per molto tempo questi risultati non sono stati riconosciuti. (Il riscatto è venuto
anni dopo. Nel 1994, in una lecture alla Rockefeller University, Joshua Lederberg
ha definito il lavoro dei tre genetisti "la più importante scoperta
della bioloogia del ventesimo secolo".)
E' in questo contesto storico e scientifico che si sono trovati a lavorare
James Watson e Francis Crick.
James Watson incontra Francis Crick: il resoconto di Max Perutz
"Un giorno di settembre del 1951 una giovane testa dai capelli tagliati
corti, stile militare, da cui spuntavano un paio di occhi sporgenti, si affacciò alla
porta del mio studio e, senza neppure salutare, chiese: "Posso venire
a lavorare qui?". Era Jim Watson, che voleva unirsi alla piccola équipe
di entusiasti della biologia molecolare che a quel tempo dirigevo al Laboratorio
di fisica di Cambridge". Così Max Perutz, il chimico a cui si deve
la scoperta della struttura dell'emoglobina (la proteina del sangue che trasporta
l'ossigeno in tutto il corpo) ricorda il suo primo incontro con il giovane
James Watson, appena giunto dagli Stati Uniti fresco di laurea in genetica.
Nel gruppo di Perutz lavoravano un altro chimico (John Kendrew) e due fisici,
Hugh Huxley e Francis Crick. Tutti condividevano la convinzione che la chiave
per capire la natura della vita era la comprensione della struttura atomica
della materia vivente, e che la fisica e la chimica sarebbero state le discipline
cardine in questa ricerca.
"L'arrivo di Watson ebbe un effetto elettrizzante sul nostro gruppo" ricorda
Perutz nel libro scritto poco prima di morire, I wish I'd made you angry earlier
(Cold Spring Harbor Laboratory Press,1998). "Ci costrinse a a guardare
alla materia dei nostri studi da un punto di vista genetico. Lui non si limitava
a chiedersi "qual è la struttura atomica della materia vivente?",
ma piuttosto: "qual è la struttura del gene che la determina?"".
Le questioni di Watson trovarono un'eco nel fisico Francis Crick, che aveva
cominciato a maturare un approccio simile. Crick allora aveva 34 anni, dodici
in più di Watson, ragazzo prodigio che aveva cominciato gli studi universitari
a 15 anni e aveva ottenuto il dottorato in genetica a 20.
"Quei due" sono ancora le parole di Perutz "condividevano la
sublime arroganza propria di uomini non usi a incontrare intelligenze al loro
livello". Per il resto, erano molto diversi l'uno dall'altro. Francis
Crick era il tipico britannico: alto, biondo, dandy, con l'accento molto british
delle classi alte; Watson invece pare si aggirasse per i laboratori come un
vagabondo, con ai piedi l'unico paio di scarpe che si faceva un vanto di non
pulire per un intero semestre (cosa di per sé scandalosa nell'ingessata
Gran Bretagna degli anni cinquanta). Ma erano assolutamente complementari:
Crick aveva una profonda conoscenza della fisica, senza la quale non si sarebbe
potuta svelare la struttura del DNA; Watson, da parte sua, aveva una conoscenza
intuitiva delle caratteristiche che il DNA doveva possedere per avere un senso
dal punto di vista genetico.
Rosalind Franklin
Poco distante, al King's College, lavorava una giovane donna molto dotata,
una chimica fisica che si era costruita una fama per la sua abilità nel
maneggiare la tecnica della cristallografia ai raggi X, un metodo allora molto
in voga per studiare la struttura delle molecole. Era Rosalind Franklin. Il
suo nome non è mai associato a quello dei padri del DNA. Eppure, senza
il suo lavoro probabilmente la struttura dell'acido desossiribonucleico sarebbe
rimasta ignota più a lungo. Sono sue, infatti, le fotografie del DNA
colpito dai raggi X che rivelavano chiaramente la struttura elicoidale della
molecola e che hanno colpito l'immaginazione di Watson e Crick.
Watson aveva sempre avversato l'idea, propugnata da alcuni, che nel DNA entrassero
a far parte tre filamenti. La prova della struttura elicoidale della molecola
era quello che cercava per provare la sua intuizione.
Fu così che nel 1953 lui e Crick pubblicarono su Nature il loro modello
di DNA: due filamenti con uno scheletro costituito da molecole di zucchero
(desossiribosio) unite l'una all'altra da molecole di acido fosforico avvolte
intorno a un asse centrale a formare un'elica (doppia) al cui interno sporgono
le basi che, legando ognuna quella affacciata con una alta specificità (A
si appaia solo con T e G con C), contribuiscono a tenere uniti i due filamenti.
"Chiaramente Rosy non ci diede direttamente i suoi dati" ammette
candidamente James Watson nel suo best seller La doppia elica, pubblicato nel
1968. "Non solo: nessuno al King's College aveva capito che quelle foto
erano nelle nostre mani". Ma all'epoca di questa ammissione erano passati
più di 15 anni dai fatti, nel 1962 James Watson, Francis Crick e Maurice
Wilkins (il collega di Franklin che aveva mostrato le foto a Watson) avevano
ricevuto il premio Nobel per la scoperta della struttura del DNA. E, soprattutto
Rosalind Franklin era morta nel 1958, a 37 anni, per un tumore alle ovaie.
Una scoperta che allora non fece epoca
Al momento della sua pubblicazione su Nature, il 25 aprile 1953, la pagina
firmata da Watson e Crick che proponeva la struttura a doppia elica della molecola
del DNA non ottenne molta attenzione. Dovettero passare diversi anni prima
che si comprendesse appieno la portata di questa scoperta. Gli stessi autori
sembrano cauti. "Non ci è sfuggito" scrivono nelle conclusioni
dell'articolo "che l'appaiamento specifico delle basi postulato nel nostro
modello suggerisce immediatamente un possibile meccanismo di trascrizione del
materiale genetico".
C'è voluto il lavoro di altri scienziati, altre scoperte e, soprattutto,
si è dovuto risolvere il problema della replicazione del DNA (cruciale
in questo senso è stata la scoperta dell'enzima che sintetizza il DNA,
la DNA polimerasi) prima di arrivare alla dimostrazione definitiva che il materiale
ereditario dei cromosomi è DNA e di giungere all'altro traguardo capitale
della biologia moderna: la decifrazione del codice genetico. Lavoro al quale
il fisico Francis Crick ha dato un contributo fondamentale. A lui, infatti
si deve la proposta del famoso "dogma centrale" della biologia, secondo
il quale l'informazione biologica, contenuta nelle sequenze di basi degli acidi
nucleici e negli aminoacidi delle proteine, fluisce in una sola direzione.
Dagli acidi nucleici alle proteine, e mai viceversa.
