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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 1 - 15 gen 2020
ISSN 2037-4801

Focus - L'inizio  

Salute

Dal Dna antico la storia delle popolazioni

David Reich, genetista della Harvard Medical School, allievo di Cavalli-Sforza e tra i pionieri della genetica delle popolazioni, nel saggio “Chi siamo e come siamo arrivati fin qui” (Raffaello Cortina) cerca di rispondere ai quesiti esistenziali che l'uomo si pone da millenni, da dove veniamo e chi siamo, attraverso l'analisi del genoma di individui vissuti decine di migliaia di anni fa. “Tutto ciò è possibile grazie all'analisi del Dna antico o aDna (ancient Dna), isolato da campioni biologici molto arcaici, spesso anche mal conservati o contaminati con altro Dna, derivanti da materiale di provenienza archeologica come scheletri e mummie”, spiega Teresa Colombo dell'Istituto di biologia e patologia molecolari (Ibpm) del Cnr. “Le similitudini o differenze tra Dna di individui diversi e poi di popolazioni diverse si basano su un confronto dell'esatta sequenza dei quattro nucleotidi A, T, C, G (adenina, timina, citosina, guanina) valutata in una determinata porzione del Dna. Se il Dna è degradato, alcune parti di questa sequenza sono perdute o alterate e non è possibile valutare se quella sequenza è uguale o diversa dall'altra con cui è stata messa a confronto”.

Un sistema, quindi, applicabile solo in alcuni casi fortunati. Eppure, per Reich, l'aDna è “paragonabile, per importanza, all'invenzione di un nuovo strumento scientifico, come fu, per esempio, il cannocchiale”.

“L'analisi del Dna sfrutta il Dna mitocondriale (mtDna); la maggior parte del Dna, infatti, è contenuto nel nucleo delle cellule umane, all'interno dei cromosomi, che contengono l'informazione necessaria per produrre i circa 20mila geni che codificano per proteine, e gli almeno altrettanti geni che codificano per Rna, ereditati da entrambi i genitori”, prosegue la ricercatrice. “Tuttavia, una parte di Dna si trova fuori dal nucleo, all'interno dei mitocondri, organelli deputati alla produzione della 'moneta energetica' della cellula, l'Atp (adenosin trifosato)”.

Il Dna mitocondriale codifica per meno di 40 geni e viene ereditato solo dalla madre: la linea di discendenza deriva, quindi, da una sola antenata e non subisce ricombinazioni con i partner fecondanti, stabilendo una diretta connessione matrilineare. Le differenze nelle sequenze di mtDna tra due individui sono proporzionali al tempo intercorso dalla loro separazione dalla comune antenata materna: questo permette di determinare fino a quanto tempo prima due popolazioni condividevano un antenato in comune. “La sequenza delle basi azotate nel mtDna è generalmente stabile nel tempo, ma può subire mutazioni per l'1-2% circa ogni milione di anni. Inoltre, pur rappresentando appena lo 0,0006% del genoma totale di un individuo, il Dna mitocondriale è presente in più copie (fino a migliaia) nelle cellule, mentre il Dna nucleare conta solo un corredo diploide per ogni cellula: nei resti degradati la probabilità di reperire mtDna sarà dunque più alta“, continua Colombo.

La prima analisi di Dna antico è stata condotta da Svante Pääbo, che nel 1985 riuscì a clonare in vivo frammenti di Dna della mummia di un bambino egiziano vissuto 2.400 anni fa. “Grazie anche alla clonazione in vitro, che sfrutta la reazione a catena della polimerasi, una tecnica in grado di creare in poco tempo milioni di copie (cloni) di una molecola di Dna in vitro, più di 1.300 sequenze genomiche sono state prodotte dall'aDna”, sottolinea la ricercatrice del Cnr-ibpm. Attraverso l'analisi del mtDna, Pääbo scoprì che l'Homo neanderthalensis era diverso dai moderni sapiens. Ne completò il sequenziamento dell'intero genoma nel 2007, scoprendo una sovrapposizione media dell'1-4% fra questi ultimi e le popolazioni non-africane. La teoria più accreditata è che i Sapiens abbiano incontrato i Neanderthal in Medio-Oriente, accoppiandosi. Le migrazioni hanno poi contribuito al resto, portando i geni neanderthaliani in Europa e Asia. L'analisi del Dna mitocondriale di ossa ritrovate nel 2008 nella grotta di Denisova, appartenuto a una ragazzina vissuta tra i 48 e i 30mila anni fa in Siberia, ha poi rivelato l'esistenza di un terzo appartenente al genere Homo: il Denisova, con il quale gli originari di Nuova Guinea e gli aborigeni australiani condividono addirittura il 5% del genoma. Virtualmente assente nelle popolazioni sub-sahariane, questo Dna è presente in percentuale intermedia in europei, asiatici e nativi americani. È probabile che Denisoviani, Neanderthaliani e Sapiens convivessero nello stesso territorio con contatti e incroci frequenti.

I genetisti delle popolazioni hanno ora un grande obiettivo: costruire un atlante del Dna antico con tutte le varianti umane degli ultimi 50mila anni. “La variabilità fenotipica fra gli uomini esiste ed è il risultato in parte dei geni e in parte della loro interazione con l'ambiente”, conclude Colombo. “La differenza genetica tra individui si origina sia per meccanismi legati alla struttura e funzione del Dna in termini di segregazione, mutazione, ricombinazione, sia per altri meccanismi non immediatamente legati alla biochimica del Dna quali dimensione della popolazione, scelte di accoppiamento, distribuzione geografica, migrazione”.

Alessia Famengo

Fonte: Teresa Colombo, Istituto di biologia e patologia molecolari, tel. 06/49910556 , email teresa.colombo@cnr.it -