Un organismo microscopico raccolto da uno stagno ha riscritto una delle regole più consolidate della biologia, e la cosa ancora più sorprendente è che nessuno lo stava cercando. La scoperta di un DNA che infrange le regole della vita è arrivata per puro caso, durante un esperimento di routine presso l’Earlham Institute, e sta facendo discutere la comunità scientifica internazionale.
Il dottor Jamie McGowan, ricercatore post dottorale all’Earlham Institute, stava lavorando a un test piuttosto pratico: verificare se una nuova tecnica di sequenziamento del DNA a singola cellula potesse funzionare con quantità minime di materiale genetico. Il campione proveniva da un protista raccolto nelle acque dolci dell’Oxford University Parks. Niente di particolarmente esotico, almeno in apparenza. Ma quando il team ha iniziato ad analizzare il genoma di questo microrganismo, classificato come Oligohymenophorea sp. PL0344, si è trovato davanti qualcosa di mai documentato prima. Lo studio, pubblicato sulla rivista PLOS Genetics, ha rivelato che due codoni di stop, quei segnali genetici che normalmente indicano alla cellula dove terminare la costruzione di una proteina, erano stati riassegnati a funzioni completamente diverse. In pratica, questo organismo ha riscritto il proprio manuale di istruzioni genetiche.
Un DNA che nessuno si aspettava
Per capire la portata della scoperta, serve un minimo di contesto. Nella stragrande maggioranza degli esseri viventi, tre codoni funzionano come segnali di stop: TAA, TAG e TGA. Sono una specie di punto fermo nelle istruzioni genetiche, e dicono alla cellula “basta, la proteina finisce qui”. Questo sistema è considerato quasi universale: variazioni esistono, ma sono rare. E quando TAA e TAG cambiano funzione, di solito lo fanno insieme, codificando per lo stesso amminoacido. Era una specie di regola nella regola.
Oligohymenophorea sp. PL0344 ha fatto tutt’altro. Nel suo caso, solo TGA funziona ancora come segnale di stop. TAA è stato riconvertito per codificare la lisina, mentre TAG specifica l’acido glutammico. Due amminoacidi diversi per due codoni che, in teoria, avrebbero dovuto comportarsi allo stesso modo. Il team ha anche notato una maggiore presenza di codoni TGA subito dopo le regioni codificanti, come se l’organismo avesse sviluppato un meccanismo compensativo per evitare errori nella traduzione delle proteine. L’analisi del genoma e del trascrittoma ha identificato geni di tRNA soppressore corrispondenti ai codoni riassegnati, confermando che l’organismo legge davvero quei vecchi segnali di stop come amminoacidi.
“È stata pura fortuna scegliere proprio questo protista per testare la nostra pipeline di sequenziamento”, ha commentato McGowan. “Mostra quanto poco sappiamo sulla genetica dei protisti.”
I ciliati: un terreno fertile per le eccezioni genetiche
I protisti sono un gruppo biologico difficile da incasellare. Comprendono organismi unicellulari come amebe, alghe e diatomee, ma anche forme multicellulari come le alghe rosse e le muffe mucillaginose. Alcuni sono più vicini agli animali, altri alle piante. Oligohymenophorea sp. PL0344 appartiene ai ciliati, protisti nuotatori che vivono in ambienti acquatici e che si stanno rivelando veri e propri campioni delle eccezioni al codice genetico standard.
Ricerche successive hanno rafforzato questa idea. Uno studio del 2024, sempre su PLOS Genetics, ha documentato molteplici riassegnazioni indipendenti del codone di stop UAG nei ciliati fillofaringei. Alcuni ciliati non coltivati, provenienti dal dataset TARA Oceans, sembrano usare UAG per codificare la leucina, mentre altri organismi come Hartmannula sinica e Trochilia petrani lo usano per la glutammina. In quei ciliati, UAA resta il codone di stop preferito, mentre UAG ha ripetutamente assunto un ruolo nella codifica delle proteine.
Queste scoperte, messe insieme, suggeriscono che il codice genetico non sia così fisso come si è creduto a lungo. Per la maggior parte degli organismi le regole restano stabili, certo. Ma nella vita microbica meno studiata, e soprattutto nei ciliati, l’evoluzione ha trovato più volte il modo di riscrivere le istruzioni. La ricerca originale è stata finanziata dal Wellcome Trust nell’ambito del Darwin Tree of Life Project, con il supporto del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), parte di UKRI.
