Il numero di agosto di National Geographic Italia contiene un interessante articolo, corredato di fotografie sui cosiddetti blue holes. Si tratta di ecosistemi unici e interessantissimi dal punto di vista scientifico eppure pressochè sconosciuti. I blue holes sono cavità di forma vagamente circolare che possono trovarsi in mare aperto o anche sulla terraferma e il loro nome deriva dal profondo contrasto che si osserva tra il buco vero e proprio e l’azzurro molto chiaro che lo circonda.

Si trovano in diverse parti del mondo: Belize, Bahamas e Mar Rosso e vengono studiati da moltissimi scienziati di diversi rami. Non si tratta infatti di ecosistemi marini nel vero senso della parola: la circolazione con l’esterno e il rimescolamento verticale sono scarsissimi e l’ambiente, al di sotto di una certa profondità, è quasi del tutto anossico. Ciò accade perchè queste specie di pozzi naturali contengono acqua salata e acqua dolce: la seconda però è più leggera e tende a formare una pellicola (spessa metri) tra l’acqua salata e l’atmosfera. L’acqua salata rimane praticamente priva di ossigeno ricreando condizioni molto simili a quelle che si osservavano negli oceani primordiali: i fondi dei blue holes sono infatti popolati da batteri particolari che suggeriscono ai paleontologi come fosse la vita sulla Terra ancora priva di ossigeno e agli esobiologi come potrebbe essere quella su altri pianeti con diversa atmosfera. Tuttavia il contributo di questi luoghi non è limitato a questo (e sarebbe già molto): sono una miniera di biodiversità (in ogni blue hole ci sono differenti specie di batteri), enciclopedie paleoclimatologiche (le stalattiti e stalagmiti che crescono nelle grotte secondarie conservano tracce dei cambiamenti climatici dalle ere glaciali a oggi) e conservano fossili e reperti antichi in ottime condizioni (proprio perchè questo ambiente è anossico).E’ però facile anche immaginare le difficoltà che ci sono per raccogliere campioni in un contesto simile: oltre a quelle che possiamo intuire esistono ad esempio all’interno dei blue holes “nuvole” di acido solfidrico (altamente velenoso) prodotto dalle colonie batteriche e da altre reazioni che ivi si verificano. Inoltre, purtroppo, come molti altri ecosistemi interessanti, sono considerati a rischio: infatti alcuni di essi vengono usati come discariche e l’innalzamento del livello del mare minaccia il loro delicato equilibrio (immissione di acqua salata dall’alto rimescolerebbe l’intero blue hole distruggendo la particolare stratificazione chimica). Oltre a un grande lavoro di ricerca questi luoghi straordinari ne richiedono anche uno altrettanto importante di conservazione: c’è da darsi da fare!

Buongiorno a tutti. Questa è la recensione di un libro che credo dovrebbe essere la bibbia di chiunque studi etnologia, antropologia e storia antica. Un libro che secondo me dovrebbe esser di compendio a tutti i corsi di scienze delle scuole superiori. Sto parlando di “Armi, acciaio e malattie” di Jared Diamond ornitologo dell’università della California che dopo anni di studi in giro per il mondo ha deciso d’intraprendere anche la carriera di divulgatore scientifico. Una scelta azzeccata.

Ma andiamo al dunque, perché bisognerebbe leggere questo libro?

Prima di tutto perché leggendolo si può capire molto del mondo di oggi e del passato. Infondo la storia non è che l’impalcatura su cui si costruisce il futuro. Immagino che anche a voi sarà capitato di farvi delle domande sull’umanità. Non tanto le metafisiche “perché siamo qui?”, “cosa siamo?” ecc. ma roba un po’ più spiccia e, forse, più utile, tipo “perché in fin dei conti gli europei hanno conquistato tutti gli altri popoli del mondo?”. Non so voi, ma io quando studiavo storia rimanevo sempre impressionato dalla magnificenza delle grandi civiltà precolombiane, Inca e Aztechi soprattutto.  Immaginare che questi grandi imperi che avevano città popolose come quelle europee siano caduti per mano di un centinaio e poco più di rozzi conquistadores spagnoli mi ha sempre lasciato impressionato. Se si pensa poi al fatto che sempre questi grandi imperi passati avessero incredibili conoscenze astronomiche e ingegneristiche ma non conoscessero l’uso della ruota mi lasciava ancora più sorpreso. Bene, leggendo l’opera di Diamond si potrà capire tutto questo, e molto altro ancora, con grande chiarezza e immediatezza.

Il libro è ben scritto, fluido e ricco di esempi, curiosità e aneddoti dei viaggi di Diamond. Talvolta l’attenzione cala perché in alcuni parte la densità delle nozioni e dei concetti si fa molto alta e quindi porta ad un pericoloso incremento della soporosità. Di contrasto però leggendo “Armi, acciaio e malattie” non si potrà non rimanere estasiati davanti al fantastico film cui si assisterà.

Dalle righe di Diamond uscirà infatti un fiume di vicende antiche, di uomini d’un tempo lontano che varcarono gli oceani colonizzando la Polinesia, le Americhe, che combatterono tra loro conquistandosi vicendevolmente. Li si vedrà scoprire l’agricoltura, il metallo, creare e distruggere civiltà nel susseguirsi dei secoli lasciando tracce indelebili su quel guazzabuglio di affascinanti contrasti da noi chiamato umanità.

Un libro davvero molto affascinante.

“…Cerchiamo di spiegare come funziona il mondo e nessuno ci ascolta. E ora che succede? I colossi industriali sono i nuovi committenti della ricerca. Noi due siamo su una nave da queste parti soltanto perchè la Statoil ha trovato un verme. Fantastico. L’industria paga i ricercatori perchè lo stato non può più farlo. Non c’è più traccia della ricerca di base. Questo verme non è visto come oggetto di ricerca, ma come un problema che bisogna far sparire dalla faccia della terra. E’ richiesta la ricerca applicata, e fatta in maniera tale che le industrie possano avere carta bianca. ..”

Che ve ne pare? Non vi sembra che sia un problema su cui bisognerebbe riflettere? La ricerca non è più vista come mezzo per giungere alla conoscenza ma come mezzo per togliere i problemi alle industrie. Nessuno mette in dubbio il valore della ricerca applicata (io stesso la sto facendo per la tesi), ma forse la ricerca applicata dovrebbe venire dopo o al massimo assieme alla ricerca di base, non dovrebbe sostituirla completamente. Che ne pensate?

Nel mentre vi consiglio vivamente la lettura di questo libro perchè non solo è appassionante, ma secondo me è scritto e costruito anche molto bene!

Nel post precedente ho accennato a come la definizione che noi abbiamo di gene sia stata più volte modificata e rivoluzionata nel tempo. Volevo dedicare questo articolo alla storia del gene, alla sua scoperta e all’evoluzione del concetto che noi abbiamo di esso fino ai nostri giorni.
Nel 2003, il National Human Genome Research Institute ha iniziato un progetto volto a definire ed identificare ogni elemento funzionale presente nel nostro genoma. I risultati sono stati pubblicati su Nature in un articolo di 18 pagine dal titolo “Identification and analysis of functional elements in 1% of the Human Genome by the ENCODE pilot project”.
Ma prima, volevo tornare indietro nel tempo. Fino a quando? Fino alla seconda metà dell’800, quando due grandi lavori, indipendenti l’uno dall’altro, ipotizzarono l’esistenza di fattori che determinavano i caratteri di un individuo (oggi diremmo il fenotipo) e che questi erano ereditabili di generazione in generazione con delle modalità in parte prevedibili. Questi fattori erano discreti. Ovviamente sto parlando dei lavori di Mendel prima e Darwin poi. Questi lavori sono stati fatti con un’ottica completamente diversa: il lavoro di Mendel era un lavoro da genetista, quello di Darwin è ovviamente un lavoro sull’evoluzione. Non si sapeva ancora nulla sulla natura di questi fattori, e nulla si sarebbe saputo per molti anni ancora.
Sempre in questa metà di secolo, attorno al 1880 un biologo tedesco, Walther Flemming, scoprì i cromosomi (corpi colorati) come entità che si trasmettevano dalla cellula madre alle cellule figlie in egual numero. Sempre in questi anni vennero effettuati anche studi sulla fecondazione e sulla meiosi.
Ma ancora nulla si sapeva delle unità ereditabili, né si sapeva dove fossero né di cosa fossero costituite. Nel 1903 il biologo americano Walter Sutton ipotizzò che fossero i cromosomi i portatori fisici delle unità ereditarie e che questi caratteri ereditari esistono in coppie, così come in coppie esistono i cromosomi.
Pochi anni dopo il grande genetista americano Morgan spiegò il fenomeno della ricombinazione genetica e spiegò in questo modo i meccanismi dell’ereditarietà. Non solo, in base alla frequenza di ricombinazione riuscì anche a disegnare una mappa genetica, fissando in questo modo all’interno dei cromosomi i geni. Fino allora i geni, iniziavano già a chiamarsi così, erano stati piuttosto astratti, nessuno ne aveva mai visto uno, si sapeva che esistevano ma nulla di più. Morgan diede loro una posizione specifica e misurò anche le distanze tra un gene e l’altro (di questo ho parlato nell’articolo “Knock out”, nella parte scritta in corsivo; se vi interessa potete andarvela a leggere). Questa posizione venne chiamata Locus. I geni quindi esistevano, erano localizzati sui cromosomi in posizione fisse e venivano ereditati da una generazione all’altra. Ma ancora molto doveva essere scoperto. Tanto per cominciare erano davvero i geni a trasportare l’informazione? Sembrava di sì, ma mancava la prova fondamentale. Come erano organizzati questi geni? Qual’era la loro natura?
Quando si andò ad analizzare la natura dei cromosomi si scoprì che erano costituiti da due componenti, una chiamata nucleina e l’altra erano le proteine. La composizione della nucleina era innanzitutto di natura acida, e poi aveva una struttura decisamente molto più semplice rispetto alle proteine. Da qui nacque una disputa durata diversi decenni che vedeva contrapposti chi credeva che fosse la nucleina la responsabile della trasmissione ereditaria dei caratteri e chi invece le proteine. Questa disputa finì nel 1944 quando l’americano Avery, in uno degli esperimenti più importanti della biologia molecolare, dimostrò che era la nucleina la sostanza portatrice dell’informazione, in quanto, se estratta da batteri patogeni, era la sola in grado di “trasformare” dei batteri non patogeni in patogeni, anche a bassissime concentrazioni. Stranamente i risultati di Avery non destarono lo scalpore che ci si sarebbe atteso.
Sempre negli anni quaranta del secolo scorso nacque la famosa idea che ciascun gene dia origine ad uno specifico enzima.
Infine, negli anni 50 venne finalmente scoperta la struttura molecolare della nucleina, o DNA, da esperimenti sulla diffrazione di raggi X dagli arcinoti Watson e Crick.
Ora si avevano in mano importanti informazioni: I geni sono delle unità discrete costituite di DNA e localizzate in posizioni fisse sui cromosomi. Sono i responsabili della trasmissione ereditaria dei caratteri e ciascuno di loro contiene l’informazione per costruire una proteina.
Si iniziò a studiare il codice genetico, come cioè dal linguaggio dei quattro nucleotidi A, T, C e G si potesse arrivare al linguaggio delle proteine, costituite di amminoacidi. Si scoprì inoltre che tra il DNA e la proteina c’era un intermediario, l’RNA messaggero. Sono gli anni 60, gli anni del dogma centrale della biologia molecolare che enunciava che l’informazione passava dal DNA, all’RNA e quindi alle proteine. Attraverso un sistema di codifica ben determinato. Questo dogma ebbe vita breve con la scoperta dei retrovirus.
La definizione “un gene una proteina” però iniziava ad andare stretta già in quegli anni, perchè alcuni geni davano origine a degli RNA che però non venivano tradotti in proteine, ma davano origine ai ribosomi e agli RNA transfer.
Negli anni settanta si iniziò a scoprire come i geni erano organizzati e come venivano espressi e letti. Si iniziò quindi a definire gene una sequenza funzionale compresa tra un codone di inizio ed uno di fine. Una cosiddetta ORF, una open reading frame. Il concetto di open reading frame si basa sul fatto che i geni vengono letti a gruppi di tre nucleotidi, o codoni, ciascuno dei quali codifica per un amminoacido. Perciò una sequenza:

CATGCCAATTAGCTAA

Può essere letta: CAT-GCC-AAT-TAG-CTA-A… oppure ..C-ATG-CCA-ATT-AGC-TAA , oppure ancora: ..CA-TGC-CAA-TTA-GCT-AA.. Ci si ferma qua perchè slittando di un altro nucleotide ancora si finisce nel primo caso.
Siccome la seconda lettura possiede un ATG e un TAA che sono rispettivamente il codone di inizio e uno dei codoni di fine, molto probabilmente è la lettura giusta. Da notare che non ci sono solo questi tre modi per leggere una sequenza, ma ci sono anche i rispettivi per leggere la sequenza complementare. Per questo si dice che una sequenza si può leggere in sei modi diversi.
Contemporaneamente si sviluppavano degli algoritmi per predire se una sequenza potesse essere o meno una ORF. L’inizio della bioinformatica.
La definizione di gene dovette essere ancora cambiata in seguito alla scoperta degli esoni e degli introni e dello splicing alternativo (leggersi l’inizio dell’articolo precedente). La ORF non era più continua, ma interrotta dagli introni e inoltre poteva dare origine a proteine diverse. Diciamo che si potrebbe dire un gene molte proteine. Ma comunque sarebbe scorretto, perchè per proteina si intende un prodotto funzionale, mentre spesso i geni codificano per delle subunità di una proteina, che da sole non hanno alcuna funzione. Quindi si potrebbe correggere con un gene (o ORF) codifica una serie di prodotti funzionali, proteine o RNA. Una definzione di gene che tenga conto di questa realtà è “un locus di esoni cotrascritti”
Veniamo ai giorni nostri. Attualmente si tende a definire un gene in base alla sua sequenza. una definizione potrebbe essere, in lingua originale  “a locatable region of genomic sequence, corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions, transcribed regions and/or other functional sequence regions” Traducibile con “una regione localizzabile della sequenza genomica, corrispondente ad un’unità ereditaria che è associata a regioni regolatrici, a regioni trascrivibili e/o altre sequenze funzionali” (Pearson 2006).
Con questa definizione tuttavia si hanno dei problemi. Infatti, sebbene nessuna definizione prima d’ora enunciata parlasse delle sequenze regolatrici, includerle nella definizione potrebbe essere problematico, visto che molte sequenze regolatrici sono estremamente distanti dalla regione codificante. In questo modo si avrebbe un’idea di gene “diluita” nel genoma e non compatta in un singolo locus.
Un altro problema che si fa avanti è la scoperta che in moltissimi casi i geni sono sovrapposti, dividono cioè la stessa sequenza di DNA, ma posseggono diverse reading frame.  Sono geni letti in maniera sfalsata, quindi.
Come vedete, non esiste una definizione di Gene che sia completamente senza problemi.
Ma veniamo, finalmente, al famoso ENCODE project, di cui parlavao all’inizio. Siamo finalmente arrivati alle ultime battute. Questo progetto aveva lo scopo di definire ed identificare ogni elemento funzionale presente nel nostro genoma. Cosa hanno ottenuto?
Innanzitutto, se per funzionale si intende che viene trascritto, una grande quantità di trascritti provenienti da regioni non identificate prima come geni è stata rivelata. Di questo problema mi sono occupato diffusamente nell’articolo “Dark Matter”, materia oscura, perchè di questo si tratta. Trascritti di cui non riusciamo a dare una spiegazione funzionale.
Inoltre, in contrasto con la definizione di gene come unità fisica definita nello spazio e separata dagli altri tende a cadere sia in base alla scoperta dei geni sovrapposti, sia perchè in questo modo si formano delle ampie regioni genomiche in cui sono raggruppati molti geni sovrapposti senza possibilità di definire una regione genica ed intergenica con sicurezza.
Insomma, sembra quasi che, ad un secolo e mezzo di distanza la definizione di Gene non possa più rispondere ai recenti (più o meno) sviluppi delle biologia molecolare. I ricercatori del ENCODE-project hanno provato a scendere a compromessi e hanno provato a definire un gene così:

“The gene is a union of genomic sequences encoding a coherent
set of potentially overlapping functional products.”

Il gene è un unione di sequenze genomiche codificanti un set coerente di prodotti funzionali potenzialmente sovrapposti.
Sembra una definizione abbastanza semplice, tuttosommato. Io mi aspettavo qualcosa di più complesso, ma sembra funzionare lo stesso. è Semplice, concisa e lineare. A volte le cose semplici sono le più corrette.
Vediamo se funziona:
-in caso di geni continui, la definizione si riduce alla classica definizione di gene che sappiamo: una sequenza di DNA che codifica per un prodotto funzionale, RNA o proteina.
-Per i geni discontinui e/o sovrapposti funziona, perchè è considerato come unione di sequenze codificanti che possono anche essere sovrapposte.
-Anche lo splicing alternativo sembra essere spiegato, in quanto parla di prodotti finali, quindi possono essere anche molteplici.
-Le regioni regolatrici non sono incluse nella definizione. Qui secondo me è stata una scelta. Se fossero state incluse però, avrebbero complicato ulteriormente la questione.

Riconosco che è una questione davvero complicata. Alcune cose non sono chiare nemmeno a me. Comunque la mia intenzione era quella di darvi un’idea di come le cose siano andate complicandosi sempre di più. Ma credo sia proprio questo il bello! alla prossima.

Per scrivere questo articolo mi sono basato in parte sul seguente articolo: “Mark B. Gerstein, Can Bruce, Joel S. Rozowsky, et al., What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition, Genome Res, 2007 17: 669-681″

Uno degli annosi dilemmi della biologia molecolare, molti anni fa, era la correlazione tra complessità dell’organismo e dimensioni del genoma. Un organismo complesso, si pensava, doveva possedere un altissimo numero di geni, mentre un organismo meno complesso poteva accontentarsi di un numero di geni più modesto. Ovviamente, da bravi presuntuosi quali siamo, l’essere umano doveva averne, come minimo, un centinaio di migliaia. Non di meno.
La stima che venne eseguita, però, parlava di ben altre cifre: circa 25-30’000 geni. Se poi si andavano a guardare altri esseri viventi si scopriva che il moscerino della frutta ne possiede circa 15 mila e un vermiciattolo (il nematode C. elegans) circa 20 mila. Brutta storia. E’ chiaro che non si può tentare di spiegare la complessità con dei semplici numeri o con delle mere classifiche.
Alla fine degli anni settanta venne inoltre confutata la definizione di gene classica che la maggior parte di noi conosce “Un gene = Una proteina” con la scoperta dello splicing alternativo.
La scoperta dello splicing alternativo poteva essere una spiegazione alternativa alla complessità degli organismi. Cos’è lo splicing alternativo? E ancora prima, cos’è lo splicing?
La scoperta dei geni interrotti, negli eucarioti, è stato il primo passo per comprendere lo splicing. I geni degli eucarioti non sono costituiti da una sequenza codificante lineare e ininterrotta, dal codone di inizio a quello di stop. Sono costituiti da pezzi codificanti interrotti da pezzi non codificanti. I primi pezzi vengono chiamati esoni, i secondi introni. Quando il gene viene trascritto, viene trascritto tutto quanto esoni più introni. In media, nell’uomo, ogni gene è costituito da 9 esoni e 8 introni. Ma è soltanto una media. Il gene ErbB4, nell’uomo, ha 28 esoni, e non è neanche quello che ne ha di più.
Il trascritto così formato non può essere subito tradotto in proteina, per ovvi motivi: i ribosomi hanno bisogno di leggere una ORF (open reading frame, nota come cornice di lettura) continua, non saltellante. Per questo l’RNA messaggero appena formato viene subito processato. Il processamento o processing avviene sempre nel nucleo e consta di tre fasi: il Capping, la Poliadenilazione e lo Splicing.
Il capping consiste nell’aggiunta all’inizio dell’RNA (al 5′) di una 7-metil guanosina, ma non attraverso il solito legame 3′-5′, ma con l’insolito 5′-5′. Questo cap ha il compito di proteggere l’RNA dalla degradazione e di regolare il trasporto dello stesso fuori dal nucleo per la traduzione.Funzione simile ha la poliadenilazione, ovvero l’aggiunta di qualche centinaio di residui di adenosina alla fine del trascritto (3′).
Veniamo allo splicing. Questo processo consiste nel staccare selettivamente gli introni e unire conseguentemente gli esoni, formando così il trascritto maturo che potrà essere tradotto.

Il meccanismo dello splicing è estremamente complesso e non starò a parlarne, perché credo che per chi non studi espressamente biologia molecolare non sia interessante (se però, nonostante questi avvertimenti, vorrete saperne di più chiedete pure!). Quello che mi limiterò a dire è che possono esistere due forme di splicing, uno per così dire autonomo, ovvero che non necessita elementi esterni, ed uno guidato da un complesso macchinario formato da proteine ma soprattutto da RNA stesso, ovviamente non codificante. E’ questo uno dei casi in cui è l’RNA non le proteine ad avere un ruolo da catalizzatore. L’altro caso è ovviamente il ribosoma. Il ribosoma e lo spliceosoma (ovvero il macchinario che catalizza lo splicing, sì lo so che è una parola orribile) possono essere delle vestigia del cosiddetto RNA world, precedente alla comparsa del DNA.
La domanda che vi potete essere posti è: come si riesce a distinguere un esone da un introne, e soprattutto come si riesce ad individuare correttamente la fine di un esone e l’inizio di un introne. Non è così semplice. Innanzitutto, studi comparativi (ovvero che prendevano in esame un gran numero di sequenze) hanno tracciato dei profili più o meno conservati di giunzione esone-introne. Ovvero di quella manciata di nucleotidi a cavallo tra la fine di un esone e l’inizio di un introne e viceversa.

La figura evidenzia un sito di splicing al 5′ e un altro al 3′ dell’introne, entrambi sono fondamentali per il distacco dell’introne e la congiunzione degli esoni.
Vi potrete chiedere se questa sequenza sia fissa ed immutabile per tutti i geni. Il diagramma che vi metterò ora vi darà la risposta:

Come si interpreta? Le dimensioni delle lettere sono proporzionali alla loro frequenza, quindi, ad esempio, nella posizione 7 dell’introne (il settimo nucleotide dall’inizio dell’introne) tutti i nucleotidi sono equivalenti, questo ci fa presupporre che non sia una posizione utile allo splicing, mentre nella posizione -1, 1 e 2 abbiamo quasi esclusivamente GGT. Questi devono essere i nucleotidi più importanti perché più conservati. Seguiti dalla A in -2 e in 3 e 4 e dalla G in 5. Sembra strano che così pochi nucleotidi bastino a garantire la specificità richiesta.
Abbiamo altre sequenze però, come il tratto di polipirimidine (py tract) e il punto di ramificazione. Numerose malattie genetiche e tumori sono dovuti a difetti nello splicing, si stima che siano circa il 15%.Ma veniamo ora allo splicing alternativo. E’ questo un fenomeno molto interessante e consiste nella possibilità per un gran numero di geni di dare origine a diversi prodotti, o isoforme, alcune correlate funzionalmente tra loro, altre invece completamente diverse. Lo splicing alternativo non è un eccezione, è la regola. Si stima che più del 70% dei geni nell’uomo vada incontro a questo fenomeno (ci sono stime diverse, ovviamente in base alle tecniche utilizzate per ottenerle). Come è possibile arrivare a questo? Il modo più comune, forse, è quello di eliminare uno o più esoni dal trascritto primario, generando così un’isoforma più corta; oppure trattenendo un introne tra due esoni, anziché eliminarlo; o anche, grazie alla presenza di siti di splicing alternativi, la formazione di esoni/introni di diversa lunghezza. Normalmente distinguiamo esoni e introni costitutivi e sono esoni e introni sempre presenti/assenti nel trascritto maturo. Esistono poi i cosiddetti esoni/introni opzionali che possono o meno venire inclusi. Inoltre ci sono dei casi in cui la presenza nel trascritto maturo di un esone implica necessariamente l’assenza di un altro esone, in questo caso parliamo di esoni mutualmente esclusivi. Questo ovviamente può generare una varietà enorme di trascritti. Ci sono geni anche con decine di varianti diverse, ciascuna delle quali darà origine a proteine diverse. Quindi non solo il concetto del gene è stravolto (e venne stravolto molte volte ancora, per gli interessati ho da consigliare un ottimo articolo sull’evoluzione del concetto di gene negli anni) ma anche si riuscì a capire come da un numero relativamente modesto di geni si generasse una varietà così grande di proteine. La domanda da farsi ora è: cosa decide se un esone/introne debba essere incluso o meno? E’ un discorso estremamente complesso che vede in gioco un numero molto alto di fattori. Cercherò di semplificarlo al meglio.
Ci sono all’interno degli esoni e degli introni delle sequenze, anche molto lunghe, che vengono distinte in due classi: gli splicing-enhancers (SE) e gli splicing-silencers (SS). Queste sequenze giocano un ruolo fondamentale. Vengono riconosciute da numerose proteine (delle RBPs, RNA-binding-proteins) le quali possono influenzare lo splicing. In che modo? Vediamolo.
Le sequenze SE possono essere introniche od esoniche; a queste sequenze si legano delle proteine appartenenti alla famiglia SR (serin-rich, ricche di serina, un amminoacido), a loro volta queste proteine reclutano sul trascritto immaturo i componenti dello spliceosoma (il macchinario che catalizza lo splicing). Lo spliceosoma riconosce i siti di splicing 5′ e 3′ (vedere la figura due), in questo modo lo splicing può avvenire attraverso l’eliminazione dell’introne e la congiunzione degli esoni, secondo lo schema classico. Se in un trascritto immaturo funzionassero soltanto le sequenze SE, per forza di cose tutti gli esoni sarebbero tenuti e tutti gli introni eliminati.
Per far sì che ci possa essere lo splicing alternativo, ci sono anche le SS. Queste sequenze legano alte proteine, le quali coprono fisicamente sia le SE sia i siti di splicing 5′ e 3′ , in questo modo lo spliceosoma non può legarsi. Questo cosa comporta? Semplicemente che l’esone nel quale le SS sono attive, non verrà riconosciuto dallo spliceosoma, il quale si legherà alle sequenze di splicing più vicine a monte e a valle dell’esone; la regione compresa tra queste due sequenze, quindi con l’esone compreso verrà trattata come se fosse un introne e verrà eliminato dal trascritto.
Il tutto si gioca sull’equilibrio tra SS e SE e sulle proteine che legano queste sequenze. In base alla prevalenza di una famiglia di proteine sull’altra si avrà la ritenzione o l’eliminazione dell’esone. In questo quadro, potrebbe essere influente anche la velocità alla quale il trascritto viene sintetizzato dall’RNA polimerasi, perchè in questo modo alcune sequenze potranno essere disponibili con tempi diversi e potranno competere tra di loro.

Da quanto detto se ne deduce che:

*Un esone può venire incluso o escluso dal trascritto maturo in base all’equilibrio SE-SS.
*Due esoni mutualmente esclusivi saranno regolati in base alle competizione tra le loro sequenze e i loro siti di splicing. Supponiamo di avere un esone A e un esone B, ciscuno con le sue SE e SS. Nel caso degli esoni mutualmente esclusivi, le sequenze dell’uno “influenzano” il destino dell’altro. Per cui, ad esempio, se l’esone A riesce a legare più proteine di B sulle sue ES, esclude l’esone B, e viceversa. Ovviamente prendete con le pinze il “riesce”, non è una gara, è soltanto una questione di equilibrio.
Lo splicing alternativo è, come dicevo, molto diffuso. Una cosa che è importante sapere è che è anche tessuto-specifico. Questo significa che tessuti diversi esprimono isoforme diverse dello stesso gene attraverso splicing alternativi.  Infatti l’analisi dello splicing in diversi tessuti permette di stabilirne l’origine. Come è possibile manatenere splicing diversi in tessuti diversi? Molto spesso è dovuto all’espressione di fattori di splicjng diversi da tessuto a tessuto e questo determina eventi di splicing specifici. Il sistema nervoso è forse il tessuto che presenta il più alto grado di splicing alternativo tessuto specifico. Anche all’interno dello stesso sistema nervoso ci sono aree con diversi pattern di splicing.

Voglio concludere questo papiro con un esempio estremo di splicing alternativo. Questa volta non sarà l’essere umano ‘esempio, ma il nostro amico Drosophila.  Il moscerino, durante lo sviluppo del suo sistema nervoso esprime una proteina chiamata “Dscam”. Questa proteina, espressa sui neuroni in via di sviluppo, è un recettore appartenente alla famiglia CAM (cell-adhesion-molecules), è quindi una proteina che media l’adesione cellula-cellula. Il gene di questa proteina è forse il più complesso gene che si sia mai visto, avendo ben 38016 varianti di splicing, solo lui. Se la drosophila ha circa 15 mila geni, solo dscam ha più varianti che tutti i suoi geni messi assieme. Questo perchè il gene in questione ha tre esoni, il 4, il 6 e il 9 che hanno rispettivamente 12, 48 e 33 varianti mutualmente esclusive, quindi soltanto una variante per esone è mantenuta nel trascritto maturo. Non ho fatto il calcolo combinatoriale, per cui non so dirvi se vengono effettivamente 38 mila e passa varianti, ma confido che chi l’ha fatto l’abbia fatto giusto.  Spaventoso, vero? Non solo spaventoso, direi anche meraviglioso. Alla faccia di chi crede che solo l’uomo e i mammiferi sono degni di essere studiati. Ciascun neurone esprime una sola variante di splicing, e questo è necessario per mantenere l’identità neuronale stessa. Non credo che esistano due neuroni con la stessa isoforma Dscam. Non è ancora chiaro se la scelta venga fatta casualmente.

Spero di essere stato interessante, nonostante la lunghezza dell’articolo. come sempre se avete domande fatele! se desiderate saperne di più chiedete, posso consigliarvi numerosi articoli. Se notate errori, per favore, fatemelo sapere nei commenti. Alla prossima e Buone vacanze!

Sono tempi difficili per il settore dell’energie tradizionali. Due devastanti incidenti nel settore petrolifero (dopo il disastro del Golfo del Messico si è verificato pochi giorni fa un altro grave incidente in Cina) hanno ulteriormente messo in cattiva luce questo settore dell’industria mai come forse dai tempi della Exxon-Valdez, messo in dubbio. Oltre a questo la notizia che viene da Bruxelles potrebbe mettere la parola fine ad un altro settore dell’energia tra i più tradizionali e antichi: il carbone, fratellone del petrolio nella famiglia “Energia”. Joaquin Almunia, commissario europeo per la concorrenza, ha infatti proposto il taglio degli aiuti comunitari al più tradizionale settore dell’energia, quello su cui si basò la nascita nel 1951 a Parigi della Comunità del Carbone e dell’Acciaio (CECA), la nonna dell’odierna Comunità Europea.

Che il business del carbone europeo fosse un barone tutt’altro che rampante era noto ai più, ma che questo nobile decaduto abbia, dal 2003 al 2008, succhiato dalle casse europee la bellezza di circa 26 miliardi di Euro in aiuti è cosa abbastanza sorprendente per diversi motivi. Il primo di questi, e forse il più noto a tutti, é la sua poca modernità. Il carbone infatti è tra tutte le materie prime usate per produrre energia elettrica quella più vecchia e soprattutto meno pulita. In un contesto di radicale, e forse epocale, cambiamento e riorientamento a tecnologie più recenti e meno inquinanti, pagare 26 miliardi di euro per tenere in piedi questo vecchio carrozzone inquinante lascia abbastanza perplessi. Il carbone infatti ha due grossi problemi a livello d’inquinamento: le elevate emissioni collegate al suo consumo (l’uso del carbone libera una grande quantità di anidride carbonica) e alla sua estrazione a cui è anche collegato un’importante degrado ambientale nonché un elevato costo di vite umane sia direttamente – tra gli incidenti più frequenti ci sono proprio quelli nelle miniere di carbone che una volta in Belgio, noi italiani dovremmo avere ancora memoria dell’8 Agosto ’56, Marcinelle, ora in Cina, Russia e Ucraina soprattutto costano la vita ogni anno a centinaia di minatori – che indirettamente – i minatori sono tra le categorie di lavoratori che presentano il più alto tasso di tumori soprattutto all’apparato respiratorio.

In secondo luogo, parlando di soldi, il settore del carbone europeo è tutt’altro che competitivo nei mercati mondiali. I tempi in cui Belgio e Germania fondavano parte della loro ricchezza su questa risorsa sono oramai lontani. Attualmente infatti i due più grandi esportatori mondiali di carbone sono Australia e Indonesia che esportano in gran parte in Asia dove paesi come Giappone, Corea del Sud e Taiwan divorano da soli più del 54% delle importazioni totali nel Sol Levante che corrispondono all’esorbitante cifra del 70% sul totale mondiale.  Il primo paese europeo come importazioni è la Germania con un piccolo 7% da cui però ricava circa il 40% dell’energia elettrica. Non sorprende quindi la freddezza con il quale Angela Merkel ha accolto la notizia. Curioso tra l’altro perché la Germania è tra i paesi europei che più ha investito sul binomio pulito-rinnovabile.

C’è poi un altro fattore di non poco conto: la competitività. Il carbone infatti fino a non poco tempo fa era il combustibile fossile più economico. Usare il carbone costava poco e quindi conveniva. Tuttavia ora questo primato è condiviso, chiaramente qui dipende da paese a paese, con i gas che in più hanno una minor ricaduta sull’ambiente. I grandi operatori energetici per questo motivo hanno sempre più investito sui gas. Questo si è verificato soprattutto in europa dove il gas ha con il tempo sottratto molto mercato al carbone.

Per la gloriosa industria del carbone europea si prospetta quindi un fosco futuro, escludendo forse Polonia e, in piccola parte, Serbia, paesi che nel carbone potrebbero trovare un’ulteriore risorsa alla crescita economica che le ha investite da qualche anno, è ipotizzabile una progressiva chiusura delle poche miniere rimaste attive. Che si tratti di pensionamento anticipato o eutanasia industriale non ha molta importanza, chiaro invece come, anche dopo i recenti problemi economici che hanno interessato buona parte dei paesi dell’Unione, raggranellare qualche miliardo di euro privilegiando più efficenti e pulite risorse energetiche non sia una scelta poi così discutibile quantomeno per noi europei.

Su Feynman si potrebbe scrivere un’intera enciclopedia, ma in questo libro si trova quanto basta per avere un’idea abbastanza chiara sulle sue scoperte, sulla realtà in cui viveva e sul suo vulcanico carattere, che gli ha permesso di affrontare non poche difficoltà. Chi è Richard Feynman? L’inventore dei diagrammi di Feynman, uno dei fisici che hanno partecipato alla creazione della bomba atomica, uno dei fondatori  dell’elettrodinamica quantistica, un docente che ha cercato di cambiare radicalmente l’insegnamento della fisica, ma anche un uomo che è rimasto vedovo a 27 anni e che pochi anni dopo ha scritto una lettera appassionata alla deceduta moglie (la loro storia ha ispirato il film del 1996 Infinity), un abilissimo ballerino e suonatore di tamburi, uno scassinatore di casseforti, lo scienziato che ha spiegato il disastro del Challenger nel 1986. In questo elenco non c’è nemmeno una minima parte di quanto ci sarebbe da dire su questo grande fisico: penso che possa però suggerirvi da un lato quanto possa essere difficile ricostruire una vita così intensa, ma anche quanto possa essere interessante leggerla.

Lo stile è quello consueto di Gleick: avvincente, giornalistico e stimolante. Più che descrivere nei dettagli i lavori di Feynman, e ciò renderebbe il pubblico del libro molto più ristretto, l’autore fornisce gli spunti necessari per approfondire. Un’altra buona ragione per leggere questa bella biografia, infatti, si trova nel fatto che racconta la nascita della fisica nucleare e la sua evoluzione permettendoci di scoprire come sono nati concetti come la stranezza e come è nata la necessità di accelerare fasci di particelle a velocità sempre maggiori.

Credo sia inutile aggiungere che una volta completata la lettura la curiosità aumenta e può essere placata con i molti scritti di Feynman, le interviste e le opere teatrali che lo riguardano. Un ottimo inizio è però questa biografia che permette di avere una visione d’insieme sulla sua vita, oltre ad essere, secondo chi scrive, un ottimo esempio di divulgazione scientifica.

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(via xkcd)

Buongiorno professor Provenzale, immagino che avrà seguito con grande interesse gli eventi del meeting di Copenhagen, come considera i risultati raggiunti dall’evento? E si aspettava qualcosa di diverso?

La Conferenza della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) è stata ampiamente pubblicizzata come un momento epocale per affrontare la sfida posta dai cambiamenti climatici, con la presenza di un grande numero di partecipanti e di Capi di Stato e di Governo, in rappresentanza dei Paesi responsabili a livello mondiale di una larghissima frazione del PIL, della popolazione e delle emissioni di gas serra. Il risultato raggiunto è stato inferiore alle aspettative, ma credo che rappresenti comunque un passo avanti. La politica internazionale ha seguito la strada che era realistico attendersi: il problema del cambiamento climatico è molto complesso da un punto di vista scientifico, le proiezioni climatiche sono tuttora affette da significativi margini di incertezza e la sfida posta dai cambiamenti climatici mette in gioco interessi diversi e spesso contrastanti. In definitiva implica una ridefinizione del tipo di sviluppo della nostra società, da un modello orientato alla crescita senza limiti ad uno orientato alla sostenibilità. Per questo sarebbe ingenuo pensare che, come d’incanto, tutto si possa risolvere senza contrasti e in pochi giorni.

L’aspetto incoraggiante è che, contrariamente a quanto avvenuto nel recente passato, la politica a livello globale ha preso coscienza del problema climatico e sperabilmente continuerà ad occuparsene. Credo che sia importante l’accresciuta attenzione per il ruolo degli aerosol (polveri sottili), specialmente quelli carboniosi, responsabili di una parte non trascurabile del riscaldamento in atto. Politiche di abbattimento delle emissioni di aerosol carboniosi possono avere effetti positivi sia sulla qualità dell’aria (e quindi sulla salute) che sul contenimento temporaneo dell’aumento di temperatura, e sono forse meno complesse da mettere in atto rispetto alla riduzione delle emissioni di gas serra.

Uno degli argomenti che ha fatto più scalpore al summit è stato quello del climate gate, lo scandalo, o presunto tale, dei consigli che diversi climatologi si scambiavano su come rendere più drammatici i risultati delle loro ricerche in ambito climatico “truccandone” i risultati. Che ne pensa lei, che della comunità scientifica fa parte, di questa faccenda? Una manovra politica per screditare il sistema oppure un’abitudine poco lodevole di qualche scienziato poco onesto?

La vicenda dei “messaggi rubati” dal centro inglese è decisamente spiacevole, anche se credo che in definitiva i casi di manipolazione dei dati siano stati estremamente limitati. Personalmente, ho trovato anche molto tristi i messaggi in cui la dialettica scientifica lascia il posto all’insulto e all’astio personale. Questa storia mostra chiaramente il livello di scontro e di tensione raggiunto da alcuni ricercatori, sottoposti spesso ad estenuanti tour de force da parte di “scettici del clima” di professione, addestrati a svolgere un ruolo da disturbatori e guastatori. Con questo, le eventuali manipolazioni non sono giustificabili a nessun livello e per nessun motivo e i responsabili ne stanno pagando le conseguenze. Secondo me, il risultato peggiore di tutto ciò è aver dato l’impressione, spesso esagerata ad arte da alcuni media, che la ricerca scientifica non sia altro che un gioco delle parti di tipo politico. L’errore grave commesso da alcuni ricercatori esasperati non deve diventare una scusa per buttare a mare le importanti e oggettive indicazioni che ci sono fornite dalle attività di ricerca scientifica.

Ma alla luce di quanto accaduto secondo lei le stime fatte dall’IPCC riguardo gli scenari correlati all’incremento delle temperature devono esser rivalutate o restano comunque affidabili e credibili?

Il quadro generale del riscaldamento globale è sostenuto da talmente tante evidenze sperimentali ed empiriche che risulta affidabile “al di là di ogni ragionevole dubbio”. Basti pensare alla fusione dei ghiacciai montani, all’aumento in tutte le regioni del mondo dell’acqua di fusione, alla riduzione del ghiaccio marino e delle calotte glaciali artiche, all’aumento del livello marino e a tutti gli altri dati sperimentali che confermano il riscaldamento in corso. Non credo che nessun ricercatore possa mettere in dubbio il sostanziale riscaldamento avvenuto negli ultimi cento anni. Diverso è il discorso su alcuni aspetti e risultati specifici, che in alcuni casi l’IPCC ha riportato in modo errato – basti pensare alla previsione della data di sparizione dei ghiacciai Himalayani. Mentre il quadro generale è chiaro, le sue implicazioni specifiche sono, in alcuni casi, ancora affette da significativi margini di incertezza.

Conoscerà sicuramente B. Lomborg, lo statistico danese che è forse la voce più importante tra i detrattori di Kyoto e che propone di dirottare le risorse economiche destinate a Kyoto a settori come la ricerca su tecnologie a bassa emissione, e di passare dall’idea di contrastare il riscaldamento globale a quella di adattarvisi, cosa ne pensa? Sono suggerimenti accettabili e intelligenti o solo “fumo negli occhi”?

L’adattamento è assolutamente necessario. Anche se dovessimo interrompere subito le emissioni di gas serra e aerosol (cosa abbastanza impensabile), l’inerzia del sistema climatico è tale che la temperatura continuerebbe comunque a crescere. Quindi, l’adattamento a condizioni più calde è fondamentale. Ma l’adattamento non basta: oltre un certo limite di aumento di temperatura (indicativamente posto a 2 °C in più rispetto all’epoca pre-industriale, ovvero circa 1.2 °C rispetto ad oggi), i costi dell’adattamento diventano così alti da rischiare di essere insostenibili, e comunque tendono a diventare maggiori dei costi delle strategie di mitigazione basate sulla riduzione di emissioni di aerosol e gas serra.

Ma davvero, come molti pensano, il riscaldamento globale è il più importante problema per l’umanità? Non ci sono problematiche di maggiore priorità e di più facile soluzione come l’eradicazione di malattie come malaria e tubercolosi che ogni anno provocano centinaia di migliaia di morti, oppure la crisi idrica di molti paesi che oltre a rendere insostenibili le condizioni di vita ne blocca alla base ogni possibile sviluppo? Non le sembra che il riscaldamento globale sia visto quasi alla stregua di una soluzione finale per tutti i mali del mondo?

Dipende dalla prospettiva. Per un rifugiato in un campo profughi, il cambiamento climatico non è così importante. Ma se l’aumento del livello del mare rischia di rendere inabitabili alcune isole, per gli abitanti di quei posti il problema è serio. Inoltre, un aumento delle temperature è probabilmente causa di una maggiore espansione di malattie e di condizioni di potenziale siccità in ampie aree della Terra. Un inaridimento severo del Nord Africa avrebbe conseguenze disastrose sull’Africa e sull’Europa, con migrazioni di massa e innesco di instabilità sociali… Naturalmente, non tutte le conseguenze sono negative: inverni più miti alle medie latitudini comportano una minore incidenza di malattie cardiovascolari. Ma anche una maggiore sopravvivenza di parassiti durante l’inverno. E se gli inverni sono più miti, anche le estati sono probabilmente più calde. Per esempio, le proiezioni dei modelli climatici indicano che in uno scenario di riscaldamento globale ci si deve aspettare una probabilità molto maggiore di estati siccitose (come nel 2003) in Francia e in Italia del nord.

Il riscaldamento globale non è l’unico problema che dobbiamo affrontare, e certamente la mitigazione del riscaldamento globale non è la soluzione di tutti i mali e non deve diventare un alibi per non affrontare gli altri problemi, anche ambientali, che incombono. Tuttavia, l’aumento delle temperature in molti casi peggiora anche gli altri aspetti, e quindi è un problema che va affrontato. E’ la prima volta che l’umanità compie un esperimento di modifica ambientale a scala globale, e non è detto che il risultato sia un’ambiente più piacevole per la nostra sopravvivenza.

Un ultima domanda: una delle obiezioni più forti mosse a tutta la teoria del riscaldamento globale è che il clima non sia costante nel tempo. Non pensa che tutti gli scenari sulle conseguenze del riscaldamento globale siano orientati ad un catastrofismo forzato? Se nel passato, con società molto meno evolute a livello tecnologico, l’umanità è sopravvissuta, perché dovrebbe andare crisi proprio ora?

Il clima della Terra varia di continuo, ed è sempre variato. Negli ultimi 200 anni, oltre alle cause naturali si è aggiunto l’aumento dei gas serra atmosferici, in seguito alle attività umane legate all’industrializzazione, al massiccio uso di combustibili fossili e al rapido aumento della popolazione. L’effetto diretto, radiativo, dei gas serra è facilmente calcolabile. Più difficile invece è quantificare gli effetti dei meccanismi di amplificazione innescati dall’aumento della temperatura (per esempio, l’aumento della concentrazione di vapor d’acqua e le modifiche nella copertura nuvolosa e nella risposta della vegetazione). Si ritiene che il riscaldamento in atto oggi sia un fenomeno nuovo rispetto a quanto avvenuto nell’ultimo migliaio di anni, e forse anche più. Il Medioevo è stato un periodo caldo, ma la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che le temperature siano state comunque inferiori rispetto a quelle odierne, e che il cosiddetto “optimum” medioevale sia stato un evento circoscritto ad un’area geografica, come lo fu anche la piccola era glaciale fra il 1650 e il 1850 circa.

Certamente 60 milioni di anni fa la Terra era molto più calda di quanto lo sia adesso, ma allora non c’erano nè gli esseri umani nè la loro civiltà complessa. Pochi esseri umani con vita nomadica possono sopravvivere a forti cambiamenti climatici (siamo passati attraverso l’ultimo periodo glaciale e la deglaciazione, per esempio), ma una civiltà complessa e caratterizzata da grandi infrastrutture fisse (città, industrie, agricoltura, confini nazionali…) è molto meno resistente al cambiamento di una tribù di cacciatori-raccoglitori. Oggi, un innalzamento della temperatura media della superficie terrestre di qualche grado non segnerebbe certamente la fine del mondo, e neppure quello della specie umana. Tuttavia, potrebbe innescare fenomeni di carestie, migrazioni di massa, guerre e altre calamità che renderebbero il mondo un posto assai diverso di come lo conosciamo adesso, almeno in occidente.

Va anche ricordato che i grandi organismi internazionali pubblici (per esempio, l’ONU e le sue varie oranizzazioni) e privati (per esempio, le compagnie di ri-assicurazione), e i governi più lungimiranti stanno sviluppando strategie per affrontare i disagi e i problemi che si potranno manifestare nel caso di riscaldamento globale severo, quali, appunto, le ondate di migranti attese dai paesi colpiti da siccità e carestie e l’aumento dei rischi legati a fenomeni meteorologici divenuti più intensi. Il catastrofismo è sempre da evitare (e concordo che talvolta alcuni climatologi si sono lasciati trasportare verso la drammatizzazione), ma è anche necessario evitare l’incoscienza e la superficialità del vivere alla giornata.

Oggi, è anche in gioco il diritto degli esseri umani (di tutti gli esseri umani) a vivere in condizioni dignitose. Le proiezioni indicano che molto probabilmente il riscaldamento globale colpirà in modo particolarmente severo quei paesi che già oggi sono più poveri e più esposti alla violenza degli uragani e delle siccità, con infrastrutture più fragili. La sfida, oggi, è saper utilizzare il problema posto dal riscaldamento globale come motore di sviluppo equo, di evoluzione della tecnologia, della società e dei meccanismi produttivi, non certo come scusa per chiudersi in un millenarismo catastrofista.

Antonello Provenzale

E’ anche la temperatura di riferimento per l’ebollizione dell’acqua a livello del mare in gradi Celsius ed è il numero atomico del fermio.

In realtà dal punto di vista numerico non è uno dei numeri più interessanti che esistono, tuttavia per noi è un numero che rappresenta una grande soddisfazione: quello che state leggendo è il centesimo post di questo blog. E’ il nostro centesimo commento su un libro, un’idea, un esperimento o una personalità del mondo scientifico. Un caloroso grazie a tutti: a chi scrive e a chi legge e commenta. Grazie.