Be’, qui apri un nuovo fronte: l’evoluzione (intesa in senso stretto come sopravvivenza differenziale in una popolazione variegata) può essere essa stessa un tratto soggetto a evoluzione? Ma non dirò niente, non ho un’idea chiara in merito…

Aggiungo solo una considerazione/domanda tecnica: so che il tasso “reale” di mutazioni sarebbe di gran lunga (addirittura qualche ordine di grandezza?) maggiore di quello che si osserva perchè esistono meccanismi *attivi* di riconoscimento e correzione di questi errori. Che tu sappia, questi meccanismi sono capaci di agire solo sulla parte codificante del DNA o sono piuttosto generici? Altra domanda forse più interessante per la questione: questi meccanismi sono gli stessi in tutte le specie oppure specie più “evolute” hanno fatto in tempo ad evolvere più o più efficaci meccanismi? Esistono tabelle analoghe a quelle sulla densità genica che mettono a confronto il “potere correttivo” in diverse specie? E se sì, c’è una qualche correlazione con la densità genica? La cosa potrebbe rispondere, o almeno suggerire indicazioni per una risposta, alla nostra domanda sul ruolo di “parafulmine di mutazioni” del junk-DNA?

Infine, per quanto riguarda il Junk-DNA, ho capito il tuo punto di vista e ora che ci rifletto hai perfettamente ragione, non sembra esserci un vantaggio netto. Tuttavia stavo pensando, e magari dirò anche una cavolata stratosferica, al problema opposto, cioè.. se ci fosse solo quell’1.5% forse il tasso di mutazioni sarebbe troppo basso e non permetterebbe l’evoluzione. mi spiego, è vero.. se ho il 98.5 di genoma in più ho il 98.5 di possibilità in più che ci siano mutazioni, che però anche se sono nella parte non codificante possono avere un effetto magari secondario. non so.. forse sto delirando.. forse il troppo studio fa male.

Sulla seconda domanda.
La mia idea sulla radice cubica della lunghezza era… una fesseria. Ho scritto di fretta senza formalizzare il mio ragionamento, ma a farlo ora, rispondendoti, è emersa tutta la sua inconsistenza. Prima di tutto avevo in mente un’unico tipo di agente esterno, le radiazioni ionizzanti (deformazione professionale…) e non avevo pensato addirittura ai virus o ad altri fattori fisico-chimici. Ebbene: una mutazione da radiazione ionizzante, mi figuravo, sarà proporzionale, a fissata intensità di radiazione, al volume della molecola che subisce la mutazione (ma già qui ci sarebbe da ridire: forse la proporzionalità non è col volume, ma con la superficie esposta). A quel punto, invece di pensare che il volume della catena fosse banalmente la somma dei volumi delle basi (e dunque direttamente proporzionale alla lunghezza), ho pensato che il volume fosse proporzionale alla radice cubica della lunghezza: mi sono figurato il problema di calcolare il volume di un gomitolo di lana come funzione della lunghezza del filo, ma non so bene cosa deve essermi passato per la testa, perchè il volume del gomitolo, così come il suo peso, è *proprio* direttamente proporzionale alla lunghezza. Insomma, una cagata pazzesca. Se invece la proporzionalità fosse con la superficie esposta e non col volume, e se potessimo approssimativamente considerare DNA come ripiegato in forma pseudosferica, allora la superficie sarebbe proporzionale alla lunghezza della catena elevata alla due terzi (alla due perchè la superficie della sfera è proporzionale al quadrato del raggio, e l’un-terzo perchè il raggio è la radice cubica del volume, che abbiamo detto essere proporzionale alla lunghezza del DNA). Ma il DNA non è una sfera e le sorgenti di mutazioni non sono solo le radiazioni ionizzanti (e su scala molecolare non ho affatto idea se l’effetto delle radiazioni sia proporzionale alla superficie della macromolecola…).

Però mi restano tutti i dubbi sul fatto che il junk-DNA possa ridurre le probabilità di mutazioni su parti codificanti. Provo a rigirare la tua affermazione finale per farti capire il mio punto: se, data una mutazione, ho il 98,5% di probabilità che non tocchi una zona codificante (perchè il 98,5% del DNA non è codificante) allora posso anche dire che la probabilità che *ci sia* una mutazione è il 98,5% in più che se il DNA fosse costituito soltanto dalla sola parte codificante. Cioè, come dicevo, se il tasso di mutazione è proporzionale alla lunghezza del DNA, un DNA ben diluito con junk-DNA ha sì più probabilità di ricevere mutazioni nel junk-DNA, ma ha anche molta più probabilità di subire una mutazione e forse le due cose, statisticamente, si bilanciano perfettamente.

Da qui ci colleghiamo alla tua domanda, ovvero, come faccio a riconoscere i geni, come faccio a riconoscere le sequenze codificanti in mezzo a quel caos?
Innanzitutto si va per esclusione; come vedi dal grafico una parte impressionante del genoma è costituito da elementi ripetuti, ovvero sequenze più o meno lunghe ripetute dalle centinaia alle centinaia di migliaia di volte. Queste non possono essere sequenze codificanti. Altri elementi sono riconoscibili come sequenze di origine virale e così via. Questo però non ci risolve tutti i problemi. C’è comunque una grossa quantità di DNA che aspetta di essere classificata.
Ci sono diversi metodi, alcuni teorici e altri pratici. Iniziamo da quelli teorici..
I metodi teorici ci permettono però di arrivare a predire che una sequenza possa essere codificante. Serviranno prove sperimentali per dire se è o no un gene. Si basano sul fatto che le sequenze codificanti hanno una struttura abbastanza conservata, ovvero sono comprese tra un codone di inizio e un codone di stop (e non può contenere codoni di stop al suo interno). Statisticamente la frequenza del codone di stop è quella di una comune sequenza di tre basi: compare una volta ogni 64 basi. Che è ovviamente una distanza troppo corta affinchè la sequenza compresa possa essere definita codificante. Questo presupposto si basa sull’assunto che le basi siano equiprobabili, il che è abbastanza vero nelle regioni non codificanti, ma assolutamente falso in quelle codificanti. pertanto se osserviamo una frequenza decisamente minore del codone di stop (e di quello di inizio) del dovuto è possibile che le sequenze in considerazione siano dei geni.
Ci sono altre sequenze che sono conservate nei geni, soprattuto quelli eucariotici: le giunzioni esone-introne (che delimitano la fine di un esone e l’inizio di un introne) e le sequenze del promotore (che sono sequenze a monte del codone di inizio e che regolano la trascrizione, anche se in questo caso sono meno conservate ed è più difficile riconoscerle). In questo modo si riesce abbastanza bene a isolare l’identità di un gene dal “rumore di fondo” delle sequenze non codificanti”. Ovviamente questo non è un metodo perfetto, perchè non possiamo aspettarci che tutti i geni rispettino queste regole (il discorso è poi anche complicato dal fatto che ci sono in teoria sei possibili modi con cui una sequenza può essere “letta”), ma è senz’altro un metodo per scremare. Dimenticavo di aggiungere che questo lavoro in genere viene fatto da software.

I metodi pratici consistono in genere nell’isolare l’RNA messaggero (è piuttosto facile, visto che ha alcune caratteristiche particolari), sequenziarlo ed andare ad allineare le sequenze ottenute sul genoma (ovvero andare proprio a fare un confronto base per base) e vedere le regioni in cui le sequenze combaciano maggiormente. quelle sono a buon diritto dei geni veri e propri, perchè sono stati trascritti..(tuttavia non è così semplice come sembra, ho letto numerosi articoli a riguardo, e il lavoro che c’è dietro è notevole, te lo assicuro). Ripetendo questo lavoro molte volte e a partire da cellule diverse si ha una buona stima dei geni espressi totali.
I geni poi possono anche essere individuati partendo da geni omologhi ottenuti in specie diverse.
Venendo infine al tuo dubbio: “come si riesce a “dimostrare” che non ci sono altre sequenze codificanti fra il DNA che non sono riuscito ad associare ad una proteina”.. è una domanda molto saggia, perchè non ho la sicurezza di aver individuato ed isolato ogni sequenza. Non a caso, in lavori recenti (su uno dei quali mi sono basato per scrivere questo post) con delle nuove tecniche sono stati scoperti circa nuovi 2000 possibili geni non individuati prima.

Quindi alla fine quelle 48 Mega Basi di DNA codificante sono una stima, abbastanza acurata, dovuta a questi ed altri metodi di identificazione.

E qui si conclude la risposta alla tua prima domanda. spero di essere stato chiaro. esauriente e soprattutto spero di aver chiarito i tuoi dubbi e spero di non averti annoiato troppo.

Quanto alla seconda domanda bisogna distinguere: ci sono le mutazioni dovute da agenti esterni: chimici, fisici e biologici (ad esempio virus); a mio avviso, ma potrei sbagliarmi, il tasso di mutazione dovuto a questi fattori dipende dalla lunghezza del DNA, perchè più DNA c’è più è facile che venga danneggiato .. (non capisco perchè dici “proporzionali, a parità di condizioni, e in prima approssimazione, alla radice cubica della lunghezza”.. ti sarei grato se me lo potessi spiegare perchè probabilmente hai anche ragione, ma non ti seguo..) mentre ci sono mutazioni dovute a errori durante la copiatura del DNA (prima della divisione cellulare). il tasso di queste mutazioni è molto basso si aggira ad una mutazione ogni miliardo di basi copiate, ovviamente più basi ci sono e più mutazioni incorrono.
Quindi direi che le mutazioni ovviamente dipendono in parte dalla lunghezza del DNA, ma è anche vero che, escludendo i fattori ambientali, e basandoci solo su quelli intrinseci dovuti alla copiatura, se da una generazione all’altra c’è una mutazione, ho il 98,5% di probabilità che questa incorra nel DNA non codificante.

Ripeto, spero di essere stato chiaro, in caso non lo fossi stato dimmelo e cercherò di migliorarmi. Se hai altre domande falle pure.. e davvero, grazie ancora!

Manuel

Poi ho una domanda forse più teorica. L’ipotesi che il DNA non codificante possa fare da “parafulmine” per le mutazioni, presuppone che il tasso di mutazione non dipenda dalla lunghezza del DNA. E’ davvero così? Non potrebbe invece darsi che il tasso di mutazioni è proprio proporzionale alla lunghezza del DNA (dopotutto, uno potrebbe dire, se ho più basi nella mia sequenza, aumento anche il numero di possibili errori che posso commettere nella replicazione). Bisognerebbe forse distinguere fra mutazioni da “errori di trascrizione” (e questi, da ignorante, direi che sono proprio proporzionali alla lunghezza del DNA) da altri tipi di mutazioni (ad esempio da interazione con radiazione, che mi verrebbe da dire essere proporzionali, a parità di condizioni, e in prima approssimazione, alla radice cubica della lunghezza, per questioni puramente dimensionali). Ci sono studi, a riguardo?

Grazie, e complimenti per gli spunti di riflessione!