Esiste un “codice a barre” per ogni specie di organismo vivente, cos’è il DNA barcoding

Il DNA barcoding è una tecnica genetica che permette di identificare le specie viventi analizzando una breve sequenza standardizzata del loro DNA, usata esattamente come se fosse un codice a barre. Funziona con lo stesso principio delle casse del supermercato: basta un colpo di scanner sulle classiche righe bianche e nere per far comparire all'istante l'identità e la provenienza di un pacco di pasta, mentre senza quel codice bisognerebbe tirare a indovinare guardando solo l'involucro.

Gli scienziati fanno la stessa cosa con la biodiversità della Terra. Si stima che sul nostro pianeta vivano circa 9 milioni di specie di piante e animali, ma a oggi ne conosciamo meno del 15%. Riconoscerle usando le tecniche classiche, come l'osservazione dell'aspetto esteriore (la morfologia), richiede tempo, esperti dedicati e, soprattutto, rischia spesso di trarre in inganno. Esistono infatti specie "criptiche", ovvero organismi che sembrano identici all'esterno ma che appartengono a specie diverse, per non parlare dei campioni impossibili da identificare a occhio nudo, come uova, larve o frammenti di cibo lavorato. In tutti questi casi, leggere il "codice a barre" genetico permette di dare un nome e un cognome esatto all'organismo senza alcun margine di errore.

Il DNA barcoding identifica le specie viventi: i diversi geni di riconoscimento

Per identificare un libro non serve rileggerlo dalla prima all'ultima pagina, ma basta guardare il codice ISBN sulla copertina. Allo stesso modo, per riconoscere una specie non serve analizzare tutto il suo genoma (un'operazione complessa e costosa), ma basta leggere un piccolo frammento di DNA specifico, lungo poche centinaia di "lettere" genetiche (A, T, C, G). La tecnica si basa su una regola fondamentale, il cosiddetto barcoding gap, ovvero: il "codice a barre" deve essere molto simile tra individui della stessa specie, ma nettamente diverso tra specie differenti. Questo distacco genetico permette ai biologi di dire con certezza a quale specie appartiene il campione analizzato.

Poiché gli esseri viventi si sono evoluti in modi diversi, non esiste un singolo gene riconoscibile valido per tutti. Per questo motivo, gli scienziati hanno scelto un marcatore ufficiale per ogni gruppo:

• Per gli animali si usa un frammento del gene COI, ovvero il gene codificante per la subunità 1 della citocromo c ossidasi, presente nei mitocondri.
• Per le piante, poiché il gene COI muta troppo lentamente, sono stati scelti due geni presenti nei cloroplasti chiamati rbcL e matK.
• Per i funghi si utilizzano delle regioni specifiche del DNA nucleare chiamate ITS.
• Per i batteri, invece, il marcatore standard è il gene 16S dell'rRNA.

Quando si effettua uno studio di barcoding, dopo aver letto la sequenza del campione, questa viene confrontata (attraverso analisi computazionali) con altre sequenze presenti in banche dati internazionali, come BOLD (Barcode of Life Data System) o GenBank, per trovare una corrispondenza e identificare la specie.

Come si svolge un’analisi e come funziona

Si può riassumere lo svolgimento di un'analisi di DNA barcoding in 5 passaggi:

1. Campionamento: come potrete intuire, si preleva il tessuto da analizzare.
2. Estrazione del DNA: si isola il DNA dal campione.
3. Amplificazione: con un metodo chiamato Reazione a Catena della Polimerasi (PCR) si amplifica il pezzo di DNA di nostro interesse, ovvero ne creiamo più copie.
4. Sequenziamento: utilizzando questa tecnologia siamo in grado di andare a leggere, lettera per lettera, la sequenza del DNA.
5. Ricerca nel database: la sequenza ottenuta viene confrontata con le banche dati per trovare una corrispondenza e identificare la specie.

A cosa serve questo “codice a barre”

Il DNA barcoding ha applicazioni concrete, non solo nella ricerca, ma anche a livello di biosicurezza e si può applicare in vari campi, dalla tavola all'ambiente. Uno degli esempi classici di applicazione di questa tecnica è quello delle truffe alimentari. Quando compriamo un filetto di pesce sfilettato o surgelato, o quando ordiniamo al ristorante, è quasi impossibile capire a quale specie appartenga ciò che abbiamo nel piatto. Negli ultimi anni il settore alimentare è stato al centro di diversi scandali: i controlli hanno svelato che specie di scarso valore venivano spacciate per pesci pregiati. In questi casi, analizzando il gene COI da un bastoncino o da una polpetta, il DNA barcoding permette di scoprire subito la vera identità del pesce.

Un altro ambito fondamentale è quello della sanità. Se una persona ingerisce per sbaglio una pianta velenosa o dei funghi tossici e arriva in ospedale in gravi condizioni, i medici devono capire subito cosa ha ingerito. Poiché il materiale nello stomaco è ormai digerito e irriconoscibile a occhio nudo, l'estrazione e il barcoding del DNA dai residui permettono di identificare la pianta e somministrare l'antidoto corretto in tempi record.

Infine, il DNA barcoding è uno strumento prezioso per la protezione dell'ambiente e la difesa dalle specie aliene, ovvero quegli organismi introdotti dall'uomo (volontariamente o per errore) al di fuori del loro ambiente naturale. Le navi merci trasportano spesso, nelle acque di zavorra, uova o larve invisibili di organismi provenienti da altri continenti. Se queste specie si diffondono, possono devastare gli ecosistemi locali. Il DNA barcoding le individua subito, consentendo di intervenire prima che si diffondano.

Le nuove frontiere: il DNA nell'acqua e nell'aria

Oggi la biologia si è spinta oltre con il metabarcoding e il DNA ambientale (eDNA). Non serve nemmeno più raccogliere l'animale o la pianta: basta prelevare un bicchiere d'acqua di mare o un pugno di terra per leggere tutti i codici a barre presenti. Possiamo così sapere quali pesci nuotano in una baia semplicemente analizzando le tracce di DNA che hanno lasciato nell'acqua.

Il DNA barcoding agisce un po' come una lente d'ingrandimento molecolare, diventando uno strumento fondamentale per tutelare la biodiversità, garantire la trasparenza di ciò che mangiamo e proteggere la nostra salute.

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