Il professor Jakob Bohr sta lavorando ad una teoria per spiegare il motivo per cui un elemento specifico nei cromosomi è identico negli esseri umani, negli animali e nelle piante.
Il diametro di un singolo componente cilindrico del DNA, è sempre lo stesso, indipendentemente dal fatto che faccia parte di un moscerino della frutta, di un faggio, o di un essere umano. Questo minuscolo “mattoncino” nell’architettura del DNA è parte di ciò che è noto come nucleosoma. Il diametro del nucleosoma ha per lungo affascinato il professor Jakob Bohr del DTU Nanotech (Politecnico della Danimarca). Perché se è lo stesso in tutte le specie, quale principio universale o legge di natura è in vigore?
“Come fisico, cerco di trovare le risposte a queste domande nel mondo della matematica e della fisica. E in questi contesti, i nostri calcoli dimostrano che la dimensione dei nucleosomi ha perfettamente senso. Creano ciò che abbiamo scelto di chiamare twist neutrality (ndt neutralità della torsione)”, racconta Jakob Bohr, che ha studiato il diametro dei nucleosomi, in collaborazione con il suo collega, Kasper Olsen.
“La twist neutrality assicura che il numero di giri nel materiale del DNA rimane sempre costante, tale che la struttura più piccola nell’architettura del DNA – l’elica del DNA – può essere allungata senza influenzare il numero di torsioni. Questa proprietà è essenziale in natura ogni volta che il materiale del DNA deve essere copiato; nel caso di divisione cellulare, per esempio. In poche parole, la twist neutrality aiuta a prevenire che le torsioni si impiglino tra loro danneggiando il nostro DNA“, aggiunge.
Il nucleosoma è solo una piccola parte dell’architettura complessa del DNA.
In totale, ogni singola cellula contiene più di un metro di DNA, e per fare spazio a così tanto materiale, il DNA è contorto e piegato insieme più e più volte. Questo porta alla creazione di ciò che può essere percepito come diversi livelli di strutturazione, e a seconda di come un livello può effettivamente essere definito, sono creati otto di tali livelli.
“Ogni livello modifica la scala del nostro materiale ereditario di un fattore di circa tre, nello stesso modo in cui si piega un pezzo di carta più volte, lo spessore è aumentato di un fattore due ogni volta. Questa compressione del DNA assicura che sia abbastanza piccolo da stare all’interno del nucleo della cellula“, spiega Jakob Bohr.
Il più alto livello di DNA comprende le strutture cromosomiche, dove i cromosomi di genere – Y e X – sono i più conosciuti. Il livello inferiore, vale a dire la struttura più piccola nell’architettura del DNA, è la famosa doppia elica, l’accattivante spirale di due filamenti di DNA avvolti uno intorno all’altro.
– La legge naturale delle torsioni
A livello prima di questo, la doppia elica è avvolta due volte attorno un nucleo cilindrico di proteine. Questa struttura si chiama nucleosoma. Ci vogliono un sacco di nucleosomi per contenere l’intera doppia elica, e questo fa assomigliare la struttura ad un filo di perle – dove i nucleosomi sono le perle e la doppia elica è la catena.
I calcoli eseguiti dal Jakob Bohr e dai suoi colleghi dimostrano che, se il diametro dei nucleosomi fosse diversi, la twist neutrality semplicemente non esisterebbe.
“Questo non sarebbe buono, perché potrebbe significare che nuove, inadeguate strutture potrebbero apparire nel DNA. Così pensiamo che la ragione per cui la dimensione dei nucleosomi rimane costante tra le specie è che non vi è alcun beneficio per la natura di sviluppare o modificare queste dimensioni. In caso contrario, probabilmente lo avremmo incontrato come una fase del processo evolutivo“, spiega Jakob Bohr.
– La nuova tecnologia dovrebbe aiutare
L’obiettivo a lungo termine della ricerca sul diametro dei nucleosomi è di contribuire ad una descrizione completa della geometria del DNA. Questo potrebbe aiutare a rivelare i principi generali per la costruzione dei cromosomi, che ci consentano di comprenderli con dettaglio ancora maggiore.
“Perché anche se si può già scavare fino al livello del gene nella doppia elica – il livello più basso nel cromosoma – un certo numero degli altri otto livelli sono ancora in gran parte territorio inesplorato. In poche parole, non abbiamo idea di quali strutture esistano in alcuni degli altri livelli“, aggiunge Jakob Bohr.
Secondo Jakob Bohr, i ricercatori non hanno attualmente accesso alla tecnologia con la capacità di chiarire completamente le strutture a tutti i livelli dei cromosomi. Tuttavia, egli è sicuro che la tecnologia necessaria dovrebbe apparire nei prossimi 10-15 anni, probabilmente a causa di altre ricerche in bioinformatica e attraverso le nuove strutture, tra SSE e MAX IV di Lund.