Dagli X-Men alla realtà: come nascono davvero le mutazioni spontanee nel nostro DNA

Nel 1963, tra le pagine di The X-Men #1, facevano la loro prima apparizione i mutanti più famosi dei fumetti. A differenza di altri eroi Marvel, loro non sono stati morsi da ragni radioattivi, investiti da raggi gamma o potenziati da sieri sperimentali: gli X-Men sono nati così. Nel loro DNA c’è una variante specifica, il Gene X, che si "accende" durante la pubertà donando abilità fuori dal comune. Nella realtà, però, la genetica segue regole ben diverse: un singolo gene non può contenere l'istruzione "spara raggi ottici" o "teletrasportati". I tratti complessi dipendono dall'interazione di decine di geni diversi e, soprattutto, restano vincolati alle leggi della biochimica e della termodinamica. Quando però le cellule si dividono e il DNA si duplica, possono esserci errori di trascrizione nelle "lettere" che lo compongono che possono portare a mutazioni.

Le mutazioni sono errori di scrittura

Immaginiamo il nostro genoma come un immenso manuale d’istruzioni, scritto usando un alfabeto di sole quattro "lettere": A, T, C e G, dalle rispettive basi azotate (adenina, timina, citosina e guanina). Queste basi, unite a uno zucchero pentoso (a 5 atomi di carbonio) e un gruppo fosfato, formano i nucleotidi, le unità fondamentali che compongono il DNA.

Ogni volta che una cellula si divide deve duplicare tutto il suo patrimonio genetico (il DNA), e durante questo processo possono verificarsi degli errori, ovvero delle variazioni nella sequenza di nucleotidi. Quando questo accade, ci troviamo davanti a una mutazione.

Esistono varie tipologie di mutazioni che possono portare a conseguenze più o meno gravi. Le più comuni sono:

• Mutazioni puntiformi: viene scambiata una singola lettera con un'altra (come leggere CANE al posto di PANE).
• Inserzioni e delezioni: l'aggiunta o la perdita di una o due lettere. Poiché il codice si legge a gruppi di tre, un'omissione o un'aggiunta fa slittare l'intera griglia di lettura, cambiando il senso a tutto il testo che segue.
• Anomalie cromosomiche o genomiche: mutazioni su scala macroscopica che coinvolgono la struttura o il numero dei cromosomi. In questo caso grandi porzioni di DNA possono essere duplicate, invertite o cancellate, oppure può variare il numero complessivo di cromosomi della cellula.

Nel corso dell'evoluzione le nostre cellule hanno sviluppato meccanismi di "correzione di bozze" estremamente efficienti, capaci di individuare e riparare le lesioni al DNA. Ma anche questi meccanismi di controllo, lavorando a ritmi serrati, a volte possono farsi sfuggire un refuso o persino commettere un errore durante la riparazione stessa.

Come nascono gli errori spontanei e il correttore del DNA

Se escludiamo radiazioni, sostanze chimiche o fumo, da dove saltano fuori queste mutazioni? La risposta è semplice, dall'ordinaria amministrazione della cellula: vengono infatti chiamate mutazioni spontanee, a differenza di quelle indotte da agenti esterni.

Ogni volta che una nostra cellula deve moltiplicarsi per sostituire tessuti usurati o farci crescere, questa deve copiare tutte le lettere del nostro genoma. L'enzima incaricato di questo lavoro si chiama DNA polimerasi, una sorta di fotocopiatrice biologica ad altissima velocità.

La DNA polimerasi è molto precisa e possiede anche una funzione di "proofreading" (correzione di bozze): se sbaglia a inserire un nucleotide, fa marcia indietro, rimuove la lettera sbagliata e mette quella giusta. Nonostante questo filtro e l'intervento di altri complessi riparatori, il sistema non è perfetto e può comunque commettere degli errori.

Non tutti i refusi cambiano la storia

Cosa succede quando un refuso sfugge ai controlli? Nella maggior parte dei casi, nulla di visibile. Questo può accadere per due motivi:

• Regioni non codificanti: gran parte del nostro DNA non contiene istruzioni dirette per sintetizzare le proteine (il cosiddetto DNA non codificante). Un errore in queste regioni spesso non ha ripercussioni funzionali.
• Il codice genetico è "ridondante": nelle regioni del DNA che contengono le istruzioni per produrre proteine, il testo viene letto a blocchi di tre lettere per volta, chiamati codoni (o triplette). Ogni tripletta corrisponde a un preciso amminoacido: legandosi tra loro in lunghe catene, questi "mattoncini" formano le proteine. Per fortuna, più triplette diverse possono indicare lo stesso amminoacido, per questo si dice "ridondante". Per esempio, se la parola GAG e la parola GAA indicano entrambe lo stesso amminoacido, la sostituzione dell'ultima lettera è del tutto invisibile: è una mutazione silente.

Quando invece il refuso cade in un punto critico di un gene fondamentale, la proteina risultante può smettere di funzionare, portando a malattie genetiche.

Ma c'è una terza via, molto più rara delle altre, quella in cui un errore casuale si rivela vantaggioso.

I "poteri" del genoma umano

Se il Gene X dei fumetti non esiste, nella popolazione umana esistono varianti spontanee che ricordano tratti degli eroi Marvel, come per esempio:

• Ossa infrangibili (LRP5): Una rara mutazione a carico del gene LRP5 impedisce il normale riassorbimento del tessuto osseo, determinando una densità minerale ossea altissima. Gli individui con questa variante non sviluppano osteoporosi e hanno scheletri quasi impossibili da fratturare in normali incidenti. Una sorta di scheletro rinforzato alla Wolverine, senza bisogno di metalli alieni.
• I subacquei naturali (PDE10A): il popolo dei Bajau, nomadi del mare del Sud-Est asiatico capaci di rimanere in apnea per diversi minuti a profondità notevoli, presentano una variante genetica associata a una milza mediamente più grande del 50% rispetto alle popolazioni vicine. Una milza più grande funge da "bombola d'ossigeno" naturale, immettendo più globuli rossi ossigenati nel sangue durante l'immersione.

Queste varianti non sono state donate da un siero né generate da un'esplosione nucleare: nascono da mutazioni casuali nel DNA di un nostro antenato. Trasmessi di generazione in generazione, quegli errori si sono rivelati utili in certi ambienti, venendo "premiati" dalla selezione naturale.

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