IL GENE COME PROTEINA

Nel 1902 il medico inglese Archibald Garrod (1857-1936), grazie ai suoi studi sugli errori congeniti del metabolismo, scoprì che la malattia dell'alcaptonuria (che provoca la comparsa di urine scure) era dovuta dalla mutazione di un gene, che causava problemi nello smaltimento corretto dei liquidi residui. L'ipotesi della mutazione genetica fu dimostrata nel 1941 da George Beadle e da Edward Tatum, che utilizzarono per il loro esperimento l'organismo Neurospora, ossia la muffa del pane. I due scoprirono che le muffe esposte a radiazione perdevano la capacità di produrre nutrienti essenziali, rallentando o bloccando la loro crescita. Si scoprì, tuttavia, che era possibile ripristinarne lo sviluppo fornendo dall'esterno i nutrienti "mancanti" mediante supplementi specifici. Si concluse quindi che ciascuna mutazione disattivava la capacità di sintetizzare uno specifico nutriente. Dunque, ciascun gene ha le informazioni per creare una proteina.

L'ESPERIMENTO
Nel 1941 Beagle e Tatum eseguirono gli esperimenti con Neurospora. I loro dati confermarono la teoria di Garrod del 1902, ossia che le malattie ereditarie risultano essere "errori congeniti del metabolismo" causati da pecche o deficienze in un determinato passaggio della via biochimica dell'organismo. Venne utilizzata Neurospora per il fatto che risultava essere un organismo aploide per buona parte della vita; di conseguenza non era necessario considerare alleli dominanti o recessivi. Neurospora tende a crescere su un terreno ove siano presenti zuccheri, sali inorganici e biotina. Normalmente la muffa citata in precedenza è capace di trasformare queste sostanze in aminoacidi e vitamine necessari per la sua crescita. Si pensò quindi che, mutando ciascun gene che produceva un enzima, si sarebbe ottenuto un ceppo di Neurospora impossibilitato a crescere su di un terreno minimo, a meno che non venga inserito nel terreno stesso il prodotto dell'enzima "mancante". Nel 1927 Muller dimostrò che i raggi X provocavano mutazioni genetiche. Si pensò quindi di irradiare una coltura di Neurospora con questi ultimi, e si pensò di ottenere un mutante impossibilitato a crescere su di un terreno minimo. Si fece quindi sviluppare la discendenza di Neurospora "irradiata" su un terreno "completo" di tutte le vitamine e aminoacidi necessari. Successivamente si provò a far prosperare quest'ultima su di un terreno minimo. Si provò con la coltura 299 e si constatò che non cresceva su terreno arricchito di aminoacidi ma su terreno arricchito di vitamine: il ceppo non riusciva quindi a sintetizzare una delle vitamine. Aggiungendo successivamente alla coltura le vitamine una per una, si scoprì che la muffa non era in grado di sintetizzare la vitamina B6, essendo uno degli enzimi della via sintetica alterato (probabilmente a causa dei raggi X). Si eseguì lo stesso esperimento su vari ceppi mutati di Neurospora, riuscendo ad analizzare la via di sintesi di molte vitamine e aminoacidi. Per esempio, l'arginina (un aminoacido) è sintetizzato da vari passaggi consecutivi accelerati dagli enzimi. Ciascun passaggio della via di sintesi crea un determinato aminoacido partendo dalla molecola precursore. Tra i mutanti per l'arginina sarà quindi necessario aggiungere ornitina, citrullina o arginina al ceppo a seconda del "punto di sintesi" danneggiato: se manca citrullina, ad esempio, bisognerà aggiungerla per permettere la sintesi dell'arginina.
Si dimostrò quindi la teoria di Garrod.

Neurospora Crassa