domenica 10 dicembre 2017

JAMES MICHAEL CREETH (1924-2010) e la struttura del DNA

Come anticipato nel post pubblicato pochi giorni orsono, ripropongo – tradotto – l’articolo integrale comparso il 14 novembre sulla rivista The Conversation. L’articolo originale è consultabile online (URL dell’articolo). L’autore è Stephen Harding, Professore di Biochimica Applicata all’Università di Nottingham.

L’articolo viene qui riportato integralmente e senza modifiche in base alle condizioni della Creative Commons licence.


LO SCIENZIATO DIMENTICATO CHE HA LASTRICATO LA VIA DELLA SCOPERTA DELLA STRUTTURA DEL DNA 

J. Michael Creeth. University of Nottingham

Quando James Michael Creeth (1924-2010) ebbe finito di aggiungere acido al campione di DNA estratto dal timo di vitello, egli non stava semplicemente concludendo l’esperimento che lo avrebbe portato a conseguire il dottorato. Egli stava lastricando la via per la scoperta che avrebbe cambiato il mondo. Egli aveva 23 anni.
James Watson e Francis Crick (Vedi LINK) sono gli scienziati divenuti famosi per avere scoperto la struttura del DNA. A Rosalind Franklin e a Maurice Wilkins (VEDI LINK) si riconosce il merito di aver prodotto le fotografie che hanno reso possibile la scoperta. Tuttavia, sono molti gli scienziati – assai meno noti ma non meno meritevoli di gratitudine – il cui lavoro è stato di fondamentale importanza per quella che può essere considerata una delle più grandi scoperte del secolo.

Nell’autunno del 1947, Creeth e il suo supervisore per il dottorato avevano pubblicato il terzo articolo, di una serie di tre, scritti da ricercatori di quella che sarebbe diventata l’Università di Nottingham. Nell'articolo venivano portate le ultime evidenze necessarie per mostrare in quale modo le molecole che costituiscono il DNA sono legate tra loro. Dimostrando che il DNA contiene quella specie di “colla” molecolare che lega le molecole le une alle altre – i cosiddetti Ponti di Idrogeno –, questi ricercatori consentirono a Watson e a Crick di stabilire che la molecola del DNA ha la forma di due stringhe legate tra loro a formare una struttura a doppia elica. La loro scoperta, avvenuta sei anni dopo il lavoro di Creeth, ha dato origine alla genetica per come oggi la conosciamo.

Ma anche lo stesso Creeth aveva costruito un suo modello approssimativo della struttura del DNA, un modello non molto diverso da quello attuale e costituito da due catene legate da ponti tesi tra alcuni dei loro costituenti molecolari. Sfortunatamente, la sua scoperta sembra non essere stata captata e ben compresa praticamente da nessuno.
Ebbene, trascorsi settant’anni da quei fatti, l’Università di Nottingham ha celebrato l’anniversario della scoperta dei Ponti di Idrogeno nel DNA con una conferenza che si è tenuta proprio nell’edificio in cui la scoperta è stata fatta. Con l’occasione, all’ingresso dell’edificio è stata esposta una targa commemorativa (vedi al LINK)

Il mistero del DNA

Creeth era nato nel 1924 e aveva frequentato le scuole nella contea di Northampton. Studiò chimica in quella che sarebbe diventata l’Università di Nottingham dove conseguì il dottorato sotto la supervisione e la guida del Professor J. Masson Gulland e del Dottor Denis O. "Doj" Jordan, i quali gli diedero fiducia quando egli formulò le sue rivoluzionarie conclusioni.
In quegli anni vi era un crescente interesse attorno al DNA perché si sospettava che quella sostanza potesse essere associata all’ereditarietà e ai geni. Fino ad allora, la ricerca aveva dimostrato che la molecola era formata da "mattoni" chiamati nucleotidi. Ognuno di questi mattoncini conteneva uno zucchero chiamato desossiribosio, un gruppo fosfato, e una molecola azotata (chiamata "base") che era disponibile in quattro diverse varietà: timina (T), citosina (C), adenina (A), guanina (G). Ma come queste componenti fossero tenute insieme, come fossero organizzate e come i geni vi fossero inscritti, tutto ciò rimaneva del tutto misterioso. Sbagliando, alcuni scienziati pensavano che i geni fossero organizzati in forma sferica. Per svelare i segreti del codice genetico era necessario stabilire la vera struttura molecolare del DNA.

L’autore dell’articolo, Stephen Harding (a destra), e il Dr. Guy Channell confrontano il modello della struttura del DNA proposto da Creeth con quello di Watson e Crick

Alcuni studenti che lavoravano con Creeth –
 C.J. Threlfall H.F.W. Taylor – avevano già rivelato alcuni aspetti importanti. Threlfall aveva scoperto come purificare campioni di DNA in modo tale da poterne ricavare informazioni utili sulla sua struttura (URL articolo originale). Gulland, Jordan e Taylor studiarono il DNA purificato da Threlfall usando un metodo chiamato titolazione elettrometrica (o titolazione acido-base) che mostrava la variazione del pH (indice di acidità del mezzo) all’aggiunta di soluzioni acide o alcaline (URL articolo originale).
Non ottenendo i risultati che si attendevano, essi pensarono che ciò potesse dipendere dalla presenza di ponti di Idrogeno all’interno della molecola di DNA. Questo avviene quando gli atomi di Idrogeno condividono elettroni con altri atomi, per esempio Ossigeno e Azoto. Tali legami influenzano la struttura complessiva della molecola. Il conclusivo passo finale era stato compiuto da Creeth con un esperimento effettuato utilizzando una tecnica chiama viscosimetria. Questa tecnica fornisce informazioni sulla grandezza della molecola del DNA in relazione alle variazioni di viscosità della soluzione nella quale esso è disciolto.  

Aggiungendo acidi forti o soluzioni alcaline forti, la viscosità della soluzione (misurata come resistenza al flusso) calava bruscamente. Sulla base di questi esperimenti, Creeth, Gulland e Jordan conclusero che i Ponti di Idrogeno tenevano legate tra loro le basi di nucleotidi limitrofi. Gli acidi o le soluzioni alcaline distruggevano irreversibilmente tali ponti, spezzando la molecola del DNA in frammenti più piccoli, rendendo la soluzione più fluida.

Creeth e i suoi supervisori non proseguirono gli studi per cercare di determinare la struttura precisa della molecola. Non ostante ciò, essi dimostrarono che i ponti di Idrogeno hanno una importante funzione nel determinare la struttura della molecola di DNA.

Struttura del DNA: a sinistra il modello di Creeth; a destra il modello attuale
onte: Università di Nottingham)

Un modello perfettamente adeguato

Nella tesi di dottorato discussa nel 1947, Creeth aveva correttamente previsto che la molecola dovesse essere composta da due catene, ciascuna recante i glicofosfati (zucchero + fosfato) sul lato esterno e con le basi azotate verso l’interno della molecola e tenute insieme da ponti di Idrogeno. Questa struttura a due catene è risultata essere perfettamente adatta alle funzioni biologiche esercitate dalla molecola. I ponti di idrogeno sono sufficientemente forti per tenere assemblate le catene complementari ma sufficientemente deboli per lasciare che le catene vengano staccate l’una dall’altra per poter essere “lette” e “trascritte” dai meccanismi che devono copiare le istruzioni geniche nel momento in cui le cellule si dividono sdoppiandosi.      

Poco dopo queste importantissime scoperte, la squadra si disperse. Il professor Gulland rimase vittima di un incidente ferroviario mentre il dottor Jordan si trasferì prima a Princeton e poi all’Università di Adelaide, in Australia. Toccherà poi a Watson e a Crick a determinare la struttura precisa del DNA, ove la forza dei ponti di Idrogeno mantiene la forma elicoidale delle due catene.

Sebbene gli scienziati dell’Università di Nottingham non siano giunti a queste definitive conclusioni, il loro lavoro è stato di fondamentale importanza nel rendere possibile una delle più importanti scoperte della scienza moderna. Al momento del suo ritiro dall’attività accademica, guardando indietro a quegli avvenimenti Creeth ebbe ad affermare: “Col senno di poi, noi non demmo solo una rapida sbirciata, ma andammo abbastanza in profondità nell’esplorare quel particolare tipo di legame chimico, il quale è niente di meno che la chiave della vita sul nostro pianeta”. 

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