“Non è sfuggito alla nostra attenzione che l’appaiamento specifico che ipotizziamo suggerisce immediatamente un possibile meccanismo di replicazione del materiale genetico." Con questa frase pacata del celeberrimo articolo di James Watson and Francis Crick pubblicato su Nature nel 1953, si inaugurava un’era. L’appaiamento specifico di Watson-Crick, per il quale le basi azotate si legano selettivamente, adenine con timine e guanine con citosine (e analoghi appaiamenti nel caso del RNA), è alla base non solo della trasmissione del codice genetico, ma di innumerevoli metodi diagnostici e terapeutici, dibiotecnologie e di nanotecnologie, e della nostra comprensione del mondo vivente e della sua evoluzione.

Fino ad ora si è pensato che l’appaiamento Watson-Crick fosse una proprietà dei filamenti di DNA, nel quale le basi azotate sono chimicamente concatenate, ma non è così: l’appaiamento Watson-Crick è una proprietà che precede il DNA, è una proprietà delle singole basi azotate.

In uno studio appena apparso su PNASa firma del dr. Tommaso Fraccia, ricercatore dell’Università Telematica San Raffaele Roma, in collaborazione col gruppo di ricerca della Statale coordinato del prof. Tommaso Bellini del dipartimento BIOMETRA e col gruppo di ricerca della Università del Colorado coordinato dal prof. Noel Clark, si mostra che singole basi azotate si associano spontaneamente in colonne di coppie simili alla doppia elica del DNA, seppur completamente disconnesse chimicamente. Si è osservato, mediante microscopia polarizzata e mediante diffrazione di raggi X, che se si disciolgono in acqua singoli nucleotidi trifosfati (ATP, TTP, CTP, GTP), questi si auto-assemblano in colonne di coppie di basi, ma solo se viene rispettata la regola selettiva di Watson-Crick. Ad esempio, soluzioni di ATP o miscele di TTP e CTP rimangono disordinate, ma miscele di ATP e TTP formano strutture altamente flessibili, della classe dei cristalli liquidi, nelle quali sono incolonnate a coppie ATP-TTP. Se poi si fa una miscela ATP e TTP in cui uno dei due componenti è più concentrato dell’altro, il sistema di divide spontaneamente, mediante una transizione di fase, in modo da espellere la parte in eccesso.

Il fatto che l’appaiamento selettivo Watson-Crick esista anche per molecole piccole, come le singole basi azotate, è una ulteriore prova di una ipotesi sull’origine della vita che la collaborazione italo-americanasta verificando da un decennio. Se l’impilamento di coppie di basi azotate si forma spontaneamente, e non è quindi l’effetto del loro legame chimico, ne può essere però la causa! Uno dei principali misteri attorno all’origine della vita è come possano essersi formati i primi biopolimeri, che sembrano richiedere una complessità e una selettività impossibili da imputare alla sola formazione di legami chimici casuali. Il formarsi spontaneo di colonne di coppie di basi tra loro chimicamente indipendenti, in cui queste piccole molecole vengono tenute insieme da forze fisiche, può avere favorito e guidato il formarsi di legami chimici che hanno trasformato queste colonne in vere e proprie doppie eliche di DNA o di RNA, le prime a comparire sul nostro pianeta.

In questo studio hanno preso parte, nel team italiano anche Marco Todisco, dottorando in biologia alla Statale, e Giuliano Zanchetta, ricercatore di Fisica Applicata della Statale.