PCR, NOBEL E PROCIONI LUMINOSI

Qualche articolo fa abbiamo parlato del ruolo della scienza e soprattutto degli scienziati nel panorama della divulgazione. L’importanza del dibattito scientifico nella società è fondamentale, la comunicazione e la corretta informazione sono un imperativo categorico se vogliamo fare una vera divulgazione scientifica. Ecco perché il ruolo degli scienziati e degli esperti ha un ruolo determinante in questo mondo.

E’ anche vero che spesso ci si fa trasportare molto di più dal personaggio, invece che dalle prove scientifiche e anche questo è sbagliato.

Nella scienza non smetterò mai di ripeterlo contano i fatti, e il principio di autorità non ha nessun valore. Qualsiasi cosa che viene detta, anche se da un premio Nobel, deve essere giustificata e avvalorata da studi e prove certe.

In questo articolo parleremo proprio di questo fenomeno e di come spesso e volentieri noti premi Nobel hanno “svalvolato” lasciandosi andare a delle esternazioni pazzesche. Sono dopotutto uomini e ogni tanto e dico ogni tanto si lasciano trasportare da euforie o vizi!

Il caso più emblematico è quello del biochimico e premio Nobel Kary Banks Mullis. A molti di voi questo nome non dirà nulla, ma alla totalità dei biologi e dei chimici come me invece tale nome sarà di notevole impatto. Stiamo sempre parlando dell’inventore della PCR.

Vediamo più da vicino cosa sia questa tecnica e successivamente parliamo del Nobel, del chimico e soprattutto dell’uomo che c’è dietro a tutto questo.

LA TECNICA DELLA PCR

La PCR è una tecnica di biologia, l’acronimo sta per Polymerase Chain Reaction (Reazione a catena della DNA polimerasi). E’ una tecnica utilizzata per amplificare, in modo estremamente selettivo, un tratto definito di DNA o anche RNA del quale si conoscano le sequenze nucleotidiche iniziali e terminali, partendo da una soluzione di DNA (nucleare, organellare, plasmidico, virale ecc.) in cui questo tratto di DNA è presente in singola copia o in un numero esiguo di copie. L’amplificazione mediante PCR consente di ottenere in vitro molto rapidamente la quantità di materiale genetico necessaria per le successive applicazioni.

Grazie a questa reazione a catena, a partire da una singola molecola di DNA che fa da stampo, si possono generare miliardi di frammenti identici di uno stesso tratto di DNA in poco tempo.

Come per la replicazione del DNA in un organismo, la PCR richiede un enzima DNA polimerasi che crei nuovi filamenti di DNA, usando fili esistenti come modelli. La DNA polimerasi tipicamente utilizzata nella PCR è chiamata Taq polimerasi, dal nome del batterio dal quale è stata ottenuta (Thermus aquaticus).

PDB 1ktq EBI.jpg — Crystal structure of the large fragment of Thermus aquaticus DNA polymerase I at 2.5-A resolution: structural basis for thermostability.

Il perché si utilizza questo specifico enzima, è perché indubbiamente ha dei vantaggi tecnici. Intanto l’enzima può essere aggiunto una sola volta all’inizio della reazione e rimane attivo per 30-40 cicli di PCR. E’ possibile automatizzare la PCR utilizzando apparecchi termostatici ciclici. Infine la Taq polimerasi (da Thermophylus Aquaticus) aumenta la specificità e la sensibilità della PCR, infatti è in grado di lavorare entro un ampio range di temperature (da 37°C a 95°C).

Per iniziare la reazione occorre che il DNA stampo venga denaturato, ovvero le due eliche che compongono i filamenti devono essere già separate; la DNA polimerasi per poter funzionare ha bisogno di un innesco, ovvero di una regione a doppio filamento seguita da una regione a singolo filamento.

Successivamente la temperatura viene abbassata fino a 40-55 °C circa al fine di permettere il legame dei primer alle regioni loro complementari dei filamenti di DNA denaturati (fase di annealing).

Infine la temperatura viene alzata fino a 65-72 °C al fine di massimizzare l’azione della TAQ polimerasi che determina un allungamento dei primer legati, utilizzando come stampo il filamento singolo di DNA (fase di prolungamento).

Il segmento da ricostruire può essere soltanto prolungato, ovvero non è possibile sintetizzare un nuovo filamento a partire da zero.

La PCR è una reazione ciclica costituita da 25-35 cicli ciascuno costituito da 3 passaggi successivi:
📌 denaturazione del DNA,

📌 appaiamento degli oligonucleotidi,

📌 polimerizzazione (montaggio dei nucleotidi da parte della DNA polimerasi).

Teoricamente dopo n cicli di reazione avremo un numero massimo di molecole di DNA a doppia elica pari a 2n. Quindi la crescita sarà esponenziale.

Per effettuare una PCR si può benissimo utilizzare una piccola quantità di bersaglio in quanto la sensibilità della reazione è molto alta.

A cosa serve, qualora non fosse chiaro? Bene, le possibili applicazioni della PCR sono molteplici: dalle indagini di malattie genetiche o tumorali, alle analisi di medicina legale quando si isolano minuscoli campioni di DNA dalla scena di un crimine. Inoltre può essere utilizzata per la diagnosi di infezioni virali o batteriche, come nel caso attuale del virus SARS-Cov-2.

Insomma, una tecnica che ha veramente rivoluzionato il panorama della ricerca scientifica. Tutto grazie al biochimico statunitense Kary Mullis. Vincitore del Premio Nobel per la chimica nel 1993 assieme a Michael Smith per aver messo a punto la tecnica della reazione a catena della polimerasi (o PCR).

Oggi raccontiamo oltre la storia del chimico anche dell’uomo Kary Mullis, come se una cosa può escludere l’altra. Diciamo che sicuramente fu un personaggio a dir poco controverso.

KARY MULLIS

È considerato uno degli scienziati più eccentrici dell’ultimo secolo.

Kary Mullis nasce nel 1944 a Lenoir, in North Carolina, e cresce nella Carolina del Sud. Fin da bambino è sempre stato interessato alla scienza. Insomma era un bambino curioso e attivo. Il suo fervore non si spense nemmeno da adulto, infatti nel 1966 si laureò in chimica al Georgia Institute of Technology di Atlanta. Nel 1972 ottenne un dottorato di ricerca in biochimica presso l’Università della California a Berkeley trattando della sintesi e la struttura delle proteine. Successivamente vinse un post-dottorato in cardiologia pediatrica presso la scuola medica dell’Università del Kansas, completando due anni in Chimica farmaceutica presso l’Università della California a San Francisco.

Lo ricordiamo come un grande uomo di scienza e per il premio Nobel per lo sviluppo della tecnica della reazione a catena della polimerasi (Polymerase Chain Reaction o PCR), un processo già descritto precedentemente da Kjell Kleppe e da Har Gobind Khorana, Nobel nel 1968.

Eppure vi ho anticipato che fosse un tipo particolare ed eccentrico. Nell’immaginario comune pensiamo che i chimici siano figure mitologiche con un camice da laboratorio chini tutto il giorno sui libri, tra ampolle e una scarsa vita sociale! Ecco non è questo il caso! Mullis è una figura completamente diversa dai classici scienziati! E dire che nella storia, di scienziati particolari ne possiamo annoverare tanti, ma lui sicuramente era una persona particolare al di sopra delle righe.

Una vita di successi lavorativi associati ad una vita personale molto attiva: dai quattro matrimoni ai numerosi vizi e soprattutto hobbies, come il surf.

Kary Mullis e la PCR: tra genio e follia - Antropia - Scienze e tecnologie

Per comprendere di più il carattere di Mullis, consiglio di leggere un suo famoso libro: “Ballando nudi nel campo della mente”. Una raccolta dei suoi pensieri più profondi e che hanno suscitato molto scalpore.

Eccentrico e brillante da una parte, irriverente e controverso dall’altra. Genio e sregolatezza nello stesso uomo. Kary Mullis, non nascondeva i suoi vizi, come la droga. Faceva uso di LSD, affermando più o meno esplicitamente che proprio le esperienze lisergiche lo avevano condotto alle sue più importanti scoperte.

E’ in questo caso dobbiamo sottolineare l’importanza dell’assenza del principio di autorità nelle scienze. Kary Mullis, se da una parte rivoluzionò la biologia molecolare, raccontò in più occasioni alcune teorie che si scontrarono con la comunità scientifica.

Fu infatti un profondo sostenitore della teoria secondo cui l’AIDS non fosse causata dall’HIV ma da altri fattori (teoria ampiamente smentita dalle evidenze scientifiche).

Inoltre aveva anche alcune idee controverse come l’idea che la vita sulla Terra sia di origine aliena.

E se questo non fosse già degno di nota, raccontò in più occasioni di essere stato rapito dagli alieni e di aver avuto incontri ravvicinati con procioni luminescenti. Ma poi perché proprio i procioni? Probabilmente l’uso dell’ LSD non ha aiutato molto.

Eppure cosa ci insegna questa storia? La scienza non ha bisogno di miti, di personaggi da idolatrare, ma bensì di realtà oggettive e di conclusioni che dipendano dal metodo scientifico. Anche i premi Nobel sono uomini, e come tali possono sbagliare.

Dott. Francesco Domenico Nucera