Inizia un viaggio alla scoperta delle quattro lettere molecolari che formano le frasi chimiche con le quali ogni cellula del nostro corpo legge, traduce e costruisce se stessa.
Introduzione
Tutti ne hanno sentito parlare, negli ultimi anni. Alcuni con timore, altri con speranza, molti con curiosità. I vaccini a mRNA sono entrati nella storia, e forse anche in una piega intima delle nostre vite, in quanto simbolo concreto di come la scienza possa – nel bene e nel male – toccarci davvero. Ma quanti hanno capito, davvero, di che cosa si trattava?
Per chi è cresciuto immaginando il codice della vita come un’eredità immutabile, custodita in qualche luogo remoto e intoccabile, l’idea che si possa “iniettare RNA” per addestrare il nostro sistema immunitario può sembrare inquietante o fantascientifica. In realtà, stiamo parlando di una delle operazioni più naturali, quotidiane e intime che accadano nel nostro corpo: leggere e scrivere con le lettere della chimica. Perché il nostro organismo – ogni cellula, ogni minuto – non è altro che una macchina che legge messaggi, li interpreta, li traduce in azione.
L’RNA, per esteso acido ribonucleico, è il portavoce di questa comunicazione. È un messaggero, ma anche un traduttore. È ciò che trasporta istruzioni elementari o articolate verso i luoghi dove l’azione si compie. È il modo con cui il corpo, incessantemente, si parla e si reinventa. Ma è anche uno strumento che possiamo usare noi per parlare al corpo: per dirgli, ad esempio, “preparati a questo virus”, senza dover affrontare l’infezione. Come? Scrivendo – letteralmente – un messaggio in RNA.
Il corpo del testo
Cominciamo davvero dalle basi, è il caso di dire, cioè dalle lettere che compongono un alfabeto speciale. Perché un filamento di RNA, a tutti gli effetti, è una frase molecolare scritta con un alfabeto ridotto ma estremamente efficace. Le sue lettere sono quattro: adenina, guanina, citosina e uracile, abbreviate con le iniziali A, G, C e U. Questi quattro simboli che utilizziamo corrispondono a piccole molecole costituite da anelli di atomi di carbonio, azoto e ossigeno, ciascuno con una forma e una distribuzione di cariche specifica.
Adenina e guanina sono più grandi, composte da due anelli condensati: sono dette purine. Citosina e uracile sono più piccole, con un solo anello: sono pirimidine. Ma al di là delle classificazioni chimiche, ciò che conta è che ogni base ha una geometria unica, tridimensionale, una forma ben diversa dalle altre e riconoscibile.
Ciascuna di queste lettere molecolari è legata a uno zucchero fatto da cinque atomi di carbonio, il ribosio, e a un gruppo fosfato. L’insieme – base, zucchero, fosfato – prende il nome di nucleotide: quattro tipi, distinti per la base che contengono. I nucleotidi si collegano tra loro tramite i gruppi fosfato, formando una catena continua, sempre orientata nello stesso verso. La parte regolare di questa catena – alternanza di zuccheri e fosfati – costituisce la spina dorsale dell’RNA, mentre le basi azotate si dispongono come una sequenza di lettere lungo il nastro, una per ogni nucleotide.
Ciò che trasforma questa sequenza in un messaggio è l’ordine preciso con cui le lettere chimiche, cioè i nucleotidi, si susseguono. Queste lettere chimiche trovano corrispondenza in quattro simboli, quattro lettere dell’alfabeto che usiamo per rappresentarle: A, G,C, U. Usando tali simboli, possiamo rappresentare sequenze di nucleotidi diverse, in cui è la disposizione che cambia, e con essa il significato: “CGA” non dice la stessa cosa di “AGC”. E così come tre lettere uguali in ordine diverso formano parole diverse, anche nell’RNA il significato biologico – la funzione che si eserciterà – è nella sequenza.
Ed è per questo che la forma chimica dell’RNA – una catena lineare di quattro nucleotidi diversi – è così potente. Perché un messaggio scritto su una linea con caratteri diversi può essere allungato a piacere, come una frase o un libro. Nessun limite teorico ne impone la brevità. Un messaggio può essere breve e contenere un’istruzione semplice, oppure estendersi per decine di migliaia di basi e specificare un significato molto complesso. La linearità consente l’espandibilità, e con essa la possibilità di scrivere qualunque istruzione, purché si rispettino le regole della grammatica molecolare.
Ma chi legge questo messaggio? E come lo comprende?
Nel mondo della chimica vivente, non c’è luce né visione. Le lettere non vengono osservate, ma riconosciute per contatto, come accade nella lettura tattile di un cieco. Una base alla volta, la sequenza viene esplorata da una macchina molecolare, che non ne vede il senso complessivo, ma ne decifra ogni elemento con precisione infallibile.
Questa macchina è il ribosoma. Una struttura complessa, composta da più subunità, che scorre lungo il filamento di RNA e legge la sequenza a gruppi di tre lettere, detti codoni. Ogni codone viene interpretato come un’istruzione operativa. Il ribosoma avanza in modo ordinato, sequenziale, senza rileggere né prevedere: legge mentre procede, un passo alla volta, sempre in avanti.
E, mentre legge, costruisce. Il messaggio che riceve non è solo interpretato: è eseguito fisicamente. Ogni tratto letto corrisponde a un’unità che si aggiunge a una catena nascente, che si ripiega, si modifica, prende forma. Viene sintetizzata una proteina: una struttura concreta, con funzioni specifiche, capace di agire, catalizzare, legare, sostenere, comunicare.
Non si tratta di un evento raro. Tutte le decine di migliaia di proteine presenti nel corpo umano – da quelle che digeriscono per noi il nostro cibo, a quelle che consentono ai nostri neuroni di trasmettere impulsi elettrici, da quelle che bloccano i patogeni a quelle che consentono la nostra crescita ed il nostro sviluppo armonico, in breve insomma tutte le funzioni fisiologiche – vengono costruite in questo modo, leggendo una specifica sequenza di RNA. Ogni filamento è un’istruzione unica, e il fatto che sia scritto con lettere assemblabili e ordinabili ne garantisce l’efficacia. È grazie a questa architettura semplice e modulare che il corpo può parlare con sé stesso e rigenerarsi in ogni istante.
E mentre leggiamo queste righe, miliardi di ribosomi, in ogni tessuto del nostro corpo, stanno scorrendo lungo altrettanti filamenti di RNA, interpretando codoni, riconoscendo lettere e traducendole in molecole attive. Ogni secondo, ciascun ribosoma può aggiungere uno o due amminoacidi alla catena in formazione, e ogni cellula ne contiene centinaia di migliaia. Se si moltiplica questo numero per i miliardi di cellule del corpo umano, si ottiene un ordine di grandezza vertiginoso: miliardi di nuove proteine vengono sintetizzate ogni istante.
E non si tratta di copie tutte uguali. Sono circa ventimila i diversi tipi di proteine che l’organismo umano è in grado di produrre, ognuna con la propria sequenza, il proprio ruolo, il proprio tempo di vita. Mentre scorriamo questo testo con gli occhi, il nostro corpo sta letteralmente scrivendo sé stesso, con migliaia di messaggi attivi, ciascuno eseguito con rigore, ogni secondo, ovunque, in silenzio.
Questo fenomeno continua a sorprenderci per un’altra ragione ancora. Il ribosoma, questa macchina di lettura e costruzione, non è fatto solo di proteine: al centro del suo funzionamento, nella parte che catalizza la reazione fondamentale della sintesi, si trova un RNA strutturato. Un RNA che non trasporta istruzioni, ma le esegue direttamente, grazie alla sua conformazione tridimensionale.
L’RNA, dunque, non è solo messaggero. Può agire, legare, trasformare. Può essere forma funzionale.
Ma perché ciò sia possibile, deve esistere una logica fisica che permetta a una catena di basi di ripiegarsi nello spazio secondo configurazioni precise e riproducibili. E occorre comprendere in che modo da quella forma emergano nuove capacità. La domanda, ora, è questa: quali strutture può assumere l’RNA, e cosa può fare quando assume una forma attiva?
Sarà questo il tema della prossima puntata.
credits immagine: Joshua Weinstein/Broad Institute
