Biologia molecolare: una chiave per capire come “funziona” la vita

Biologia molecolare: una chiave per capire come “funziona” la vita

di Barbara Illi (Società Italiana di Biofisica e Biologia Molecolare, Consiglio Nazionale delle Ricerche – CNR).

Definire la biologia molecolare non è affatto semplice. Da un punto di vista meramente “tecnico” potremmo considerarla come un insieme di strumenti che ci consentono di dissezionare una cellula in tutti i suoi componenti – dal DNA, all’RNA fino alle proteine – e anche di modificarla, ad esempio inserendo al suo interno geni interessanti per noi da studiare nei contesti più vari.

O ancora, geni che ci permettono di ottenere grandi quantità di proteine sia per comprendere meglio la loro struttura e funzione, sia perché siano usate a scopo terapeutico. Alcuni dei vaccini contro il Covid-19 ne sono un esempio: all’interno dei bioreattori devoluti alla produzione di questi vaccini ci sono cellule “ingegnerizzate” con tecniche di biologia molecolare in grado di produrne grandissime quantità.

Da un punto di vista concettuale, però, potremmo definire la biologia molecolare come la scienza che si occupa di capire il funzionamento delle cellule, quanti e quali siano gli ingranaggi che, parlandosi tra loro, riescono a mantenere in equilibrio corretto ogni singolo mattoncino che costituisce il nostro organismo.

L’interpretazione di un linguaggio.

L’avvento della biologia molecolare come disciplina a sé stante negli anni ’60 fu una sorta di “rivoluzione” in un momento in cui i processi cellulari venivano analizzati per lo più grazie alla biochimica strutturale e alla genetica. Trovare spazio, sia in ambito accademico che scientifico, non è stato semplice.  Fin dalla sua nascita nel 1965, con non poche difficoltà, la Società Italiana di Biofisica e Biologia Molecolare (SIBBM) ha sempre promosso la ricerca di base e traslazionale sia nel campo della biologia molecolare che della biofisica, quest’ultima intesa come applicazione di metodologie e concetti della Fisica a problemi di biologia molecolare.

Con il passare del tempo, la biologia molecolare si è rivelata trasversale a molte altre discipline, con un potenziale applicativo a livello clinico e industriale che, oggi, è sotto gli occhi di tutti.

La biologia molecolare, equipaggiata, ad oggi, di un’ impressionante e sempre più avanzato bagaglio tecnologico e metodologico, rappresenta l’interprete di un linguaggio che abbraccia processi fondamentali per la vita.  Ci aiuta a comprendere cosa accade quando all’interno del nucleo delle nostre cellule un gene “si accende” o “si spegne”, attraverso meccanismi che vedono molte molecole agire sulla cromatina, il costitutente dei nostri cromosomi.

Ci ha aiutato a capire come questi ultimi si dividano durante la divisione cellulare, quali siano tutte le fasi  di questo processo e quali gli attori coinvolti. Sappiamo, oggi, cosa accade in una cellula che invecchia, conosciamo l’importanza del metabolismo cellulare sia nel processo di invecchiamento che nella tumorigenesi. Ancora la biologia molecolare ci ha aiutato a dissezionare i processi che regolano l’identità cellulare, dalle prime cellule che daranno origine ad un embrione, fino all’organismo intero, tramite il controllo della comunicazione tra cellula e cellula, tessuto e tessuto. Questo è vero sia per gli organismi animali che vegetali.

La biologia molecolare ha portato alla scoperta di nuove funzioni di una delle nostre molecole più fragili, l’RNA, che non serve solo da “stampo” perché le proteine possano essere sintetizzate, ma, con alcune sue classi, governa l’espressione di molti dei nostri geni.

Grazie alla biologia molecolare sappiamo identificare oggi quegli “errori di comunicazione” che causano malattia e di intervenire in modo specifico, a seconda del circuito malfunzionante in un preciso contesto patologico e in uno specifico paziente.

Dal 2000 a oggi: un’accelerazione impressionante.

L’accelerazione che si è avuta nell’ultimo ventennio nella biologia molecolare è stata senza eguali.

Siamo nell’era OMICA. Il che vuol dire che riusciamo, in brevissimo tempo, a sapere tutto ciò che succede all’interno di una cellula o di un tessuto, estraendo le componenti che ci interessano e facendone la sequenza: genOMICA, che sequenzia tutto il patrimonio genetico di un organismo, identificando anche mutazioni dannose (pensiamo alle malattie rare ereditarie); trascrittOMICA, se vogliamo capire quali RNA – i prodotti primari dei geni – sono tipici di quella cellula; proteOMICA, che ci fornisce tutto il patrimonio di proteine, fino alla metabolOMICA per i metaboliti, il riflesso dello stato metabolico della cellula/tessuto fino all’organismo intero. Le informazioni ottenute da questo tipo di analisi ci danno la fotografia di quella cellula o di quel tessuto, ci raccontano le sue caratteristiche e come questo funzioni.

Prospettive: la biologia molecolare alla base delle terapie personalizzate.

La biologia molecolare ci ha condotto attraverso nuove strade non solo di conoscenza ma di speranza per il trattamento di numerose patologie. Pensiamo all’ultimissima terapia per l’atrofia muscolare spinale, un trattamento che inserendo nel bambino malato il gene corretto, ma che questa volta permane a lungo nell’organismo, rallenta la malattia. Oppure, agli inibitori di alcune piccole proteine che nei tumori segnalano in continuazione alla cellula che deve replicare il suo DNA e riprodursi (inibitori delle chinasi). Pensiamo alla creazione di linfociti che riconoscono in maniera selettiva i tumori, spazzandoli via come un’infezione.

Senza la biologia molecolare tutti questi risultati non sarebbero stati prodotti.