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Scoperta struttura del DNA

Leonardo Panerati 25/04/2022

Il 25 aprile 1953 sulla rivista Nature compare l’articolo A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid di James Dewey Watson (ornitologo) e Francis Harry Compton Crick (fisico), con il quale viene descritta la struttura ad elica del DNA.

Il DNA fu isolato per la prima volta dal medico svizzero Friedrich Miescher che, nel 1869, scoprì una sostanza microscopica nel pus delle bende chirurgiche scartate. Poiché risiedeva nei nuclei delle cellule, la chiamò “nucleina“. Nel 1878 il medico e chimico tedesco Albrecht Kossel isolò la componente non proteica della “nucleina”, acido nucleico, e successivamente isolò le sue cinque basi azotate primarie.

Nel 1909, il biochimico lituano Phoebus Levene identificò l’unità nucleotidica di base, zucchero e fosfato dell’RNA (allora chiamata “acido nucleico del lievito”). Nel 1929, Levene identificò lo zucchero desossiribosio nell ‘”acido nucleico del timo” (DNA). Levene suggerì che il DNA fosse costituito da una serie di quattro unità nucleotidiche collegate tra loro attraverso i gruppi fosfato (“ipotesi tetranucleotidica“). Levene pensava che la catena fosse corta e le basi ripetute in un ordine fisso. Nel 1927, il biologo russo Nikolai Koltsov propose che i tratti ereditari sarebbero stati ereditati tramite una “molecola ereditaria gigante” composta da “due fili speculari che si sarebbero replicati in modo semi-conservatore usando ogni filo come modello”. Nel 1928, Frederick Griffith nel suo esperimento scoprì che i tratti della forma “liscia” di Pneumococcus potevano essere trasferiti alla forma “ruvida” degli stessi batteri mescolando batteri “lisci” uccisi con la forma “ruvida” viva. Questo sistema ha fornito il primo chiaro suggerimento che il DNA trasporta informazioni genetiche.

Nel 1933, mentre studiava le uova di riccio di mare, il biochimico belga Jean Brachet suggerì che il DNA si trova nel nucleo cellulare e che l’RNA è presente esclusivamente nel citoplasma. A quel tempo, si pensava che l ‘”acido nucleico del lievito” (RNA) fosse presente solo nelle piante, mentre l’ “acido nucleico del timo” (DNA) solo negli animali. Si pensava che quest’ultimo fosse un tetramero, con la funzione di tamponare il pH cellulare.

Nel 1937, il fisico inglese William Astbury produsse i primi modelli di diffrazione dei raggi X che mostravano che il DNA aveva una struttura regolare.

Nel 1943, il medico canadese Oswald Avery, insieme ai colleghi Colin MacLeod e Maclyn McCarty, identificò il DNA come il principio trasformante, supportando il suggerimento di Griffith (esperimento di Avery-MacLeod-McCarty). Verso la fine del 1951,il biofisico britannico Francis Crick iniziò a lavorare con il biologo statunitense James Watson al Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge. Il ruolo del DNA nell’ereditarietà fu confermato nel 1952, quando i genetisti statunitensi Alfred Hershey e Martha Chase nell’esperimento Hershey-Chase dimostrarono che il DNA è il materiale genetico del fago T2 degli enterobatteri.

Nel maggio 1952, Raymond Gosling, uno studente laureato che lavorava sotto la supervisione della chimica britannica Rosalind Franklin, scattò un’immagine di diffrazione di raggi X, etichettata come “Foto 51“, ad alti livelli di idratazione del DNA. Questa foto è stata data a Watson e Crick dal fisico britannico Maurice Wilkins ed è stata fondamentale per ottenere la corretta struttura del DNA. Franklin ha detto a Crick e Watson che la spina dorsale doveva essere all’esterno. La sua identificazione del gruppo spaziale per i cristalli di DNA ha rivelato a Crick che i due filamenti di DNA erano antiparalleli.

Nel febbraio 1953, il chimico statunitense Linus Pauling e il biochimico anch’egli statunitense Robert Corey proposero un modello per acidi nucleici contenenti tre catene intrecciate, con i fosfati vicino all’asse e le basi all’esterno. Watson e Crick hanno completato il loro modello, che ora è accettato come il primo modello corretto della doppia elica del DNA. Il 28 febbraio 1953 Crick interruppe l’ora di pranzo dei clienti al pub The Eagle di Cambridge per annunciare che lui e Watson avevano “scoperto il segreto della vita“.

Il numero del 25 aprile 1953 della rivista Nature pubblicò una serie di cinque articoli che fornivano il DNA della struttura a doppia elica di Watson e Crick e prove a sostegno di esso. La struttura è stata riportata in una lettera intitolata “STRUTTURA MOLECOLARE DEGLI ACIDI NUCLEICI A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid“, in cui hanno detto: “Non è sfuggito alla nostra attenzione che l’accoppiamento specifico che abbiamo postulato suggerisce immediatamente un possibile meccanismo di copia per il genetico materiale. ” Questa lettera è stata seguita da una lettera di Franklin e Gosling, che è stata la prima pubblicazione dei loro dati di diffrazione dei raggi X e del loro metodo di analisi originale. Poi seguì una lettera di Wilkins e due dei suoi colleghi, che conteneva un’analisi dei modelli di raggi X del DNA B in vivo, e che supportava la presenza in vivo della struttura di Watson e Crick.

Nel 1962, dopo la morte di Franklin, gli altri scienziati ancora in vita ossia Watson, Crick e Wilkins ricevettero congiuntamente il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina. I premi Nobel vengono assegnati solo a destinatari viventi. Continua il dibattito su chi dovrebbe ricevere il merito della scoperta.

In una presentazione influente nel 1957, Crick espose il dogma centrale della biologia molecolare, che prediceva la relazione tra DNA, RNA e proteine, e articolò l'”ipotesi dell’adattatore“. Conferma finale del meccanismo di replicazione implicito nella struttura a doppia elica seguì nel 1958 dall’esperimento di Meselson-Stahl. Ulteriori lavori di Crick e collaboratori hanno dimostrato che il codice genetico era basato su triplette di basi non sovrapposte, chiamate codoni, consentendo ad Har Gobind Khorana, Robert W. Holley e Marshall Warren Nirenberg di decifrare il codice genetico. Questi risultati rappresentano la nascita della biologia molecolare.

Immagine d’apertura: pagina di Nature del 25 aprile 1953 in cui si annuncia la scoperta della struttura del DNA

Bibliografia e fonti varie

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