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12 · Oggi scienza e tecnica

DNA a doppia elica

1953 Cambridge e Londra, Inghilterra

In breve

Il DNA è la molecola che contiene le istruzioni per costruire e far funzionare ogni essere vivente. Nel 1953, a Cambridge, in Inghilterra, James Watson e Francis Crick capirono che ha la forma di una scala a chiocciola, la doppia elica. Per arrivarci fu decisiva una fotografia ai raggi X ottenuta a Londra nel laboratorio di Rosalind Franklin, il cui contributo fu riconosciuto pienamente solo molto tempo dopo. I due filamenti si possono separare e copiare: così le informazioni passano da una cellula all'altra.

Perché è importante Capire il DNA ha aperto la strada alla genetica moderna, ai test medici e a nuove cure.

Fonte: Encyclopaedia Britannica, «DNA»

Illustrazione: DNA a doppia elica (Cambridge e Londra, Inghilterra)
Illustrazione creata con l'IA per Storiascopio
DNA a doppia elica: Cambridge e Londra, Inghilterra
Dove: Cambridge e Londra, Inghilterra

Scheda per studiare circa 5 minuti di lettura

Il racconto

Il libretto di istruzioni della vita

Ogni essere vivente, da un batterio a una balena, nasce da un piccolo libretto di istruzioni scritto dentro le sue cellule. All'inizio del Novecento gli scienziati sapevano che questo libretto esisteva: lo chiamavano «ereditarietà», perché spiegava perché i figli assomigliano ai genitori. Non sapevano però di che cosa fosse fatto, né come potesse copiarsi di generazione in generazione.

Un indizio importante arrivò nel 1944, quando un gruppo di ricercatori di New York guidato da Oswald Avery dimostrò che a trasmettere le caratteristiche era una molecola chiamata DNA, acido desossiribonucleico. Era una sostanza già nota fin dal 1869, quando un medico svizzero, Friedrich Miescher, l'aveva trovata nel pus dei bendaggi usati in ospedale. Molti scienziati però non ci credevano: una molecola così semplice, con soltanto quattro tipi di mattoncini, sembrava troppo povera per contenere tutte le istruzioni della vita. Nel 1950 il chimico Erwin Chargaff notò una regola curiosa: in qualunque DNA, la quantità del mattoncino A era sempre uguale a quella di T, e la quantità di G uguale a quella di C.

Una gara a Londra e a Cambridge

Nei primi anni Cinquanta trovare la forma del DNA era diventata una vera gara. A Londra, al King's College, lavoravano Maurice Wilkins e la chimica Rosalind Franklin, esperta di cristalli. Usavano i raggi X: si fa passare un fascio di raggi attraverso una fibra di DNA e dalla macchia di puntini che si forma su una lastra fotografica si può capire come sono disposti gli atomi. Nel maggio 1952 Franklin e il suo studente Raymond Gosling ottennero una immagine molto nitida, nota come «fotografia 51». Mostrava una grande «X» di puntini: il segno tipico di una spirale.

A Cambridge, nel laboratorio Cavendish, altri due ricercatori inseguivano la stessa risposta con un metodo diverso: costruire modelli. Erano l'americano James Watson, che aveva appena 25 anni, e il britannico Francis Crick, di 36 anni, ancora senza dottorato. Non facevano esperimenti con i raggi X: provavano a mettere insieme i dati degli altri, con pezzi di metallo e cartone ritagliato, finché tutto tornasse. Un loro primo modello, nel 1951, era sbagliato e fece sorridere Franklin. Anche il famoso chimico americano Linus Pauling, che avrebbe poi vinto un Nobel (nel 1954), propose una struttura a tre filamenti: sbagliata pure quella.

All'inizio del 1953 Watson e Crick poterono vedere i risultati di Franklin: la fotografia 51 gli fu mostrata da Wilkins, e un rapporto del Medical Research Council gli arrivò attraverso un collega. Franklin non lo sapeva, e solo molti anni dopo si capì quanto quei dati fossero stati decisivi. Con quelle informazioni, e con la regola di Chargaff, i due costruirono il modello giusto.

La scala a chiocciola

Il DNA è fatto di due lunghissimi filamenti avvolti uno sull'altro, come una scala a chiocciola. I fianchi della scala sono catene di zuccheri e fosfati; i gradini sono coppie di mattoncini, che oggi chiamiamo basi: A (adenina) si lega sempre con T (timina), e G (guanina) sempre con C (citosina). Per questo le quantità di A e T sono uguali, come aveva visto Chargaff. Ma soprattutto questa forma spiegava come il libretto si copia: basta aprire la scala nel mezzo, come una cerniera, e ognuna delle due metà diventa lo stampo per ricostruire l'altra. Due copie identiche, da una sola.

Il 25 aprile 1953 la rivista Nature pubblicò l'articolo di Watson e Crick, lungo poco più di una pagina. Nello stesso numero uscirono anche gli studi di Wilkins e quelli di Franklin con Gosling, che confermavano la struttura. Nel 1958 due ricercatori americani, Matthew Meselson e Franklin Stahl, dimostrarono con un esperimento che il DNA si copia proprio in quel modo.

I Nobel e un nome dimenticato

Nel 1962 il premio Nobel per la medicina andò a Watson, Crick e Wilkins. Rosalind Franklin era morta nel 1958, a soli 37 anni, per un tumore: i Nobel non si assegnano alle persone scomparse. Per molti anni il suo contributo restò poco noto; oggi è ricordata come una scienziata fondamentale per questa scoperta, anche se gli storici discutono ancora su quanto fosse giusto il modo in cui i suoi dati furono usati.

Perché successe

Il DNA fu scoperto ben prima del 1953, ma nessuno sapeva come fosse fatto. A rendere possibile la soluzione furono tre cose: gli esperimenti del 1944 che indicavano il DNA come molecola dell'ereditarietà, la tecnica dei raggi X applicata ai cristalli, già usata per studiare molecole come l'insulina, e la regola di Chargaff sulle quantità delle basi.

Contò molto anche il clima del tempo. Dopo la Seconda guerra mondiale la biologia attirava fisici e chimici che portavano nuove idee: Crick stesso era un fisico passato alla biologia. Inoltre diversi gruppi, tra Inghilterra e Stati Uniti, lavoravano sullo stesso problema, e la competizione rese tutti più veloci.

Cosa cambiò

La struttura a doppia elica aprì la strada alla biologia molecolare. Negli anni Sessanta gli scienziati decifrarono il codice genetico: tre basi di seguito, come tre lettere, indicano quale mattoncino mettere nelle proteine, le molecole che fanno funzionare il corpo. Si capì così come il libretto di istruzioni viene letto e tradotto in un organismo.

Dal 1990 al 2003 un grande progetto internazionale, il Progetto Genoma Umano, lesse tutte le circa 3 miliardi di coppie di basi del DNA dell'uomo. Oggi si può confrontare il DNA di persone, animali e piante, scoprire malattie ereditarie, riconoscere un colpevole da una piccola traccia di sangue o ricostruire la parentela tra specie.

Negli ultimi anni nuove tecniche, come CRISPR, permettono perfino di «correggere» il DNA in laboratorio: Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna hanno ricevuto per questo il Nobel per la chimica nel 2020. Sono possibilità straordinarie, che fanno discutere anche sul piano etico: fin dove è giusto intervenire sul libretto della vita? È una domanda a cui oggi devono rispondere non solo gli scienziati, ma tutti i cittadini.

Persone e luoghi chiave

Persone

James Watson
Biologo americano (nato nel 1928): aveva 25 anni quando costruì con Crick il modello del DNA; Nobel nel 1962.
Francis Crick
Fisico e biologo britannico (1916-2004): insieme a Watson propose la struttura a doppia elica; Nobel nel 1962.
Rosalind Franklin
Chimica inglese (1920-1958): la sua «fotografia 51» del DNA fu un dato decisivo per il modello.
Maurice Wilkins
Fisico e biologo nato in Nuova Zelanda (1916-2004): studiò il DNA con i raggi X al King's College di Londra; Nobel nel 1962.
Erwin Chargaff
Biochimico austriaco (1905-2002): scoprì che nel DNA A e T, G e C sono presenti in quantità uguali.

Luoghi

Laboratorio Cavendish, Cambridge
Il laboratorio di fisica dell'Università di Cambridge dove Watson e Crick costruirono il modello.
King's College, Londra
Qui Franklin e Wilkins studiarono il DNA con i raggi X e fu scattata la fotografia 51.

Da sapere

  • Il famoso articolo di Watson e Crick sul DNA era lungo poco più di una pagina e fu pubblicato nel 1953 sulla rivista Nature.
  • Il primo modello di Watson e Crick era sbagliato; quando lo mostrarono a Rosalind Franklin, lei trovò subito gli errori.
  • Se si srotolasse tutto il DNA contenuto in una sola cellula umana, sarebbe lungo circa due metri.
  • Una persona ha quasi lo stesso DNA di un'altra: la differenza tra due persone è di circa una lettera ogni mille.
  • Il DNA fu scoperto già nel 1869 da Friedrich Miescher, che lo trovò nelle cellule del pus.

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