Gli Indiana Jones delle molecole studiano il DNA antico

Spesso alla TV avrete seguito le appassionanti vicende di telefilm come “CSI” o “RIS”, e sono convinta che in molti (come me) siano rimasti affascinati dal masterpiece “Jurassic Park” di Steven Spielberg (1993). Tranquilli, non siamo su un blog di recensioni cinematografiche, ma esiste di fatto un minimo comun denominatore di stampo squisitamente scientifico tra questi successi mediatici ormai “cult” indiscussi della cultura globale contemporanea. Ebbene, questo fattore comune consiste in una serie di tecniche molecolari che vanno a ricercare un soggetto rivelatosi nell’ultimo decennio molto interessante sia per le scienze biologiche e naturali che per le scienze umanistiche, storiche, storico-artistiche e forensi: il DNA antico.

Archeologi (Google immagini)

Archeologi (Google immagini)

Con il termine DNA antico (aDNA = ancient DNA) si indicano generalmente residui di materiale genetico che possono essere estratti da una grandissima varietà di materiali biologici diversi per origine, età e stato di conservazione (Rollo 1999). Da sottolineare che con aDNA non si identificano solo acidi nucleici estratti da reperti antichi, ma qualsiasi molecola di DNA che, per svariate cause, abbia subito degradazione: anche le tracce biologiche presenti sulla scena di un crimine! Ad oggi i campioni dai quali è possibile estrarre molecole di DNA non in vivo vengono classificati, secondo il tipo di conservazione, in:

  • Campioni  inglobati, come i tessuti umani fissati in paraffina per effettuare analisi istologiche oppure organismi conservati nell’ambra (al massimo risalenti a 100000 anni fa – Hofreiter et al 2001).
  • Campioni umidi, come i reperti archeologici di matrice organica rinvenuti nelle torbiere il cui ambiente acido e saturato d’acqua favorisce la conservazione dei tessuti molli e, con essi, del DNA.
  • Campioni congelati (come il famoso Oetzi, l’uomo del Similaun), in quanto il congelamento e la sublimazione contemporanea favoriscono la conservazione dei tessuti (Handt et al. 1994).
  • Campioni secchi, principalmente substrati biologici provenienti da musei (pelle, ossa, capelli, peli ma anche pergamene e manoscritti cartacei) o da inumazioni desertiche, conservati grazie allo stato di disidratazione che inibisce l’attività enzimatica intracellulare e quindi la degradazione (Pääbo S. 1985) come avviene in molte mummie e materiali ossei molto antichi, in genere appannaggio di archeologia o paleoantropologia (purchè non completamente fossilizzati).
  •  Coproliti (Poinar et al. 1996) ovvero feci semifossilizzte.

Lo studio di DNA antico, dunque, può essere di grande aiuto in molti campi, sia scientifici che storico-umanistici. Attraverso la sua analisi è infatti possibile conoscere e confrontare sequenze genetiche significative di diverse specie di viventi, stilare alberi filogenetici (relazioni di parentela tra organismi di gruppi tassonomici differenti) oppure ricostruire storia, areali di distribuzione e flussi migratori di intere popolazioni umane o animali, osservandone l’evoluzione genotipica nel tempo: analizzando il DNA mitocondriale umano, ad esempio si è scoperto che l’Homo sapiens sapiens è originario dell’Africa (teoria detta dell’ Eva africana). Il sequenziamento di materiale genetico antico offre, inoltre, nuove possibilità di studio e identificazione di materiali biologici di epoca preistorica e storica (specie di tessuti animali o vegetali in cui erano costruiti utensili o capi di vestiario), spesso portando contributi decisivi alla loro interpretazione, datazione e contestualizzazione storico-culturale, facendo luce sull’intensità dei commerci, le dinamiche di domesticazione di piante e animali e dello sviluppo dell’artigianato. Ulteriori campi di applicazione sono quello forense, che contribuisce alla risoluzione di casi giuridici di rilevanza penale, e quello dell’archeopatologia  il cui campo d’applicazione indaga sviluppo ed epidemiologia delle patologie nella storia umana. Non solo, ultimamente sono state ipotizzate applicazioni nel campo della conservazione e ripristino della biodiversità per valutare la dinamica di deriva genetica di comunità animali e vegetali causata dalla pressione ambientale antropogenica (come per alcuni bonobo africani di cui abbiamo numerosi reperti museali fin dal ‘700 da poter studiare e confrontare con i nuclei attuali rimasti) e addirittura teorizzando la clonazione di animali recentemente estinti come il lupo marsupiale Thylacinus cynocephalus, il dodo e il quagga, proprio come accadeva in Jurassic Park (non preoccupatevi… le zanzare nelle ambre terziarie sembra siano troppo antiche per contenere ancora tracce analizzabili di DNA!).

A livello tecnico ciò che differenzia l’analisi del DNA antico dalle normali procedure di estrazione, amplificazione e sequenziamento utilizzate per campioni in vivo è, come già accennato, lo stato di degradazione chimico-fisica  (Lindahl  et  al.  1993,  1997) cui le molecole di acido nucleico vanno incontro al di fuori dello spazio intracellulare, che causano primariamente uno “spezzettamento” della doppia elica rendondone difficile l’amplificazione mediante PCR e la successiva lettura. Questo comporta una bassa probabilità statistica di incontrare sui reperti molecole integre “leggibili” e un’ alta probabilità di incappare in “DNA contaminate” (Bramanti et al. 1997) magari dell’operatore, di microrganismi che si trovano nell’ambiente di analisi o di qualsiasi altra sostanza biologica con cui essi sono venuti a contatto.

Per questo esistono laboratori specializzati nello studio dell’ aDNA che rispettano dei rigidi standard di sicurezza anti-contaminazione detti complessivamente “Golden Criteria” (Cooper & Poinar, 2000) riguardanti l’orgnizzazione dei locali adibiti alle diverse fasi sperimentali, la corretta conservazione dei reperti, i protocolli di comportamento e vestiario per gli operatori e la sterilità (soprattutto mediante UV) degli ambienti. Si prediligono per l’estrazine reperti poco manipolati, di cui si effettuano carotaggi profondi (tipico è il prelievo della polpa dentaria con microtrapano), e si tipizzano geneticamente tutte le persone che li hanno toccati: dagli archeologi  a coloro che svolgeranno le analisi.

A partire da queste solide basi tecniche si evolvono campi settoriali applicativi oggi in forte via di sviluppo come l’antropologia molecolare, l’archeologia molecolare, la filogenesi molecolare di animali estinti e la genetica forense che, di fatto, sfruttano le più moderne tecnologie biotecnologiche per penetrare i segreti, prossimi e remoti, del nostro passato.

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Fonti:

  1. Bramanti  B.,  Pacciani  E.,  Rollo  F.,  Vernesi  C.,  Chiarelli  B.  (1997).  Proposte
    metodologiche  per  il  recupero  del  materiale  antropologico  nello  scavo  e  la  sua
    conservazione nella prospettiva di un’analisi del DNA. Archeologia Medievale, XXIV,
    413-425.
  2. Caramelli D. (2009). Antropologia Molecolare: Manuale di base. Firenze University
    Press, Firenze.
  3. Caramelli D., Lari M. (2004). IL DNA antico. Metodi di analisi e applicazioni. Angeli
    Pontecorboli Editore, Firenze.
  4. Cooper A., Poinar H.N. (2000). Ancient DNA: Do it right or not at all. Science, 289:
    1139.
  5. Handt  O.,  Richards  M.,  Trommsdorf  M.,  Kilger  C.,  Simanaienen  J.,  Georgiiev  O.,
    Bauer  K.,  Stone  A.,  Hedges  R.,  Schaffner  W.,  Utermann  G.,  Sykes  B.,  Pääbo  S.,
    (1994).  Molecular  genetic  analysis  of the Tyrolean  Ice  Man.  Science, 264,  1775-
    1778.
  6. Hofreiter M., Serre D., Poinar H. N., Kuch, M. & Paabo S. (2001). Ancient DNA.
    Nature Reviews Genetics, 2, 353–359.
  7. Poinar H.N., Hoess M., Bada J.L., Pääbo S. (1996). Amino acid racemization and the
    preservation of ancient DNA. Science, 272, 864-866.
  8. Rollo  F.  (1999);   Il  DNA  nello  studio  dei  resti  umani  antichi.  Principi,  metodi  e
    applicazioni. Medical Books, Palermo.
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Una risposta a Gli Indiana Jones delle molecole studiano il DNA antico

  1. Simonetta Marini ha detto:

    Quante cose scopriamo grazie alla biologia? :)

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