New genes 

born by accident 

lead to evolutionary innovation 


 Evolution, Genetics 

 Novel genes are continuously emerging during evolution, but what drives this process? 
A new study, published in PLOS Genetics, has found that the fortuitous appearance of certain combinations of elements in the genome can lead to the generation of new genes.

 This work was led by Jorge Ruiz-Orera and Mar Alba from Hospital del Mar Medical Research Institute in Barcelona (IMIM-ICREA). 

A new study has found that the fortuitous appearance of certain combinations  of elements in the genome can lead to the generation of new genes  [Credit: National Human Genome Research Institute] 

In every genome, there are sets of genes, which are unique to that particular species. 

In this study, the scientists first identified thousands of genes that were specific to human or chimpanzee. 

Then, they searched the macaque genome and discovered that this species had significantly less element motifs in the corresponding genomic sequences. 

These motifs are recognized by proteins that activate gene expression, a necessary step in the formation of a new gene. The formation of genes de novo from previously non-active parts of the genome was, until recently, considered highly improbable. 

This study has shown that the mutations that occur normally in our genetic material may be sufficient to explain how this happens. 
Once expressed, the genes can act as a substrate for the evolution of new molecular functions. 
This study identified several candidate human proteins that bear no resemblance to any other known protein. 

What they do is an enigma still to be resolved. 




Source: PLOS [December 31, 2015]

7. DNA non codificante: significato.

Il DNA non codificante è solamente un rimasuglio insignificante di materiale genetico estraneo introdotto (proditoriamente, aggressivamente, per errore) in tempi passati, in vari modi, da vari agenti estranei?

E' solamente ciò che resta di antico materiale nucleare ormai inutile ed inutilizzabile per il nostro organismo moderno?

Se possiede qualche funzione, è questa funzione solamente di 'protezione' generica del DNA codificante - l'unico inteso come prezioso - contro le mutazioni?

No. Anzi, si tratta di un argomento del quale possono parlare unicamente gli esperti (che spesso, si è visto, sbagliano anch'essi, in questo campo sconosciuto). E tutti gli altri è bene che tacciano.

Si può affermare che la ‘lezione’  impartitaci fino ad oggi dal DNA ‘ciarpame’ sia quella di adottare un’enorme prudenza nelle future valutazioni.

Il DNA ‘ciarpame’ (e non ‘spazzatura’: è un errore di traduzione!) è stato infatti riabilitato a DNA‘non codificante’: e persino questa definizione più politicamente corretta è stata riconosciuta come almeno in parte sbagliata, perché alcune porzioni del DNA non codificante codificano eccome!

Il Codice Genetico è una lingua ancora in grandissima parte sconosciuta.

Esempi dell’importanza del DNA ‘non codificante’.

La semplice ‘regolazione’ dell’espressione genetica possiede enormi effetti sulla fisiologia degli esseri viventi.

Nelle porzioni di DNA non codificante (ed anche nei geni) sono state reperite variazioni di una sola lettera che influenzano il rischio di malattia. Si è visto che esiste una rara mutazione (nel Gene MC4R) che è responsabile dell’obesità infantile. In soggetti con normali MC4R, si è però osservata una tendenza ancora maggiore all’obesità: si è visto che questi soggetti avevano ereditatao una frequente variante del DNA ‘ciarpame’ circostante al gene MC4R, con funzioni che alterano la sua attività.

Il DNA non codificante può essere anche responsabile delle differenze esistenti tracce diverse, seppure simili. Uomo e Scimpanzè, ad esempio, hanno il 99% dei geni in comune, ma solo il 96% del DNA complessivo. È comunque un’affinità estremamente alta.

Ma a cosa sono dovute – allora – le enormi differenze osservabili, quali intelligenza e linguaggio?

Ebbene: esistono differenze molto maggiori, tra le due specie, che sono osservabili proprio nel DNA non codificante. Probabilmente sono proprio loro il fondamento di quelle caratteristiche squisitamente umane…

Pertanto, si può concludere che sia certamente errato considerare come unica parte importante del genoma umano i geni codificanti le proteine…

Nè troppo, né troppo poco.

Probabilmente è un errore altrettanto grande quello di considerare la parte di DNA non codificante alla stregua di un campo nel quale siano seppelliti chissà quali grandi tesori.

Nel 2000 già si sapeva che le cellule umane (Rinn et al.) leggono migliaia di segmenti di DNA, non esclusivamente le parti codificanti, e producono molecole di RNA. Si cominciò quindi a ricercare le possibili funzioni di queste molecole di RNA.

Dopo circa un paio di anni di ricerche (Rinn e Chang, Stanford University) trovarono una molecola di RNA che era prodotta dalle cellule cutanee della metà inferiore del corpo, ma non da quelle della metà superiore. Decisero di chiamarla “Hotair” (riferendosi ad un’espressione inglese simile alla nostra di ‘acqua calda’, o ‘aria fritta’, col dire: “ Se alla fine risulterà essere solamente ‘hotair’, ebbene, almeno ci abbiamo provato”).

Hotair risultò legarsi ad una particolare proteina che fu chiamata Polycomb, che appartiene ad un gruppo di proteine estremamente importanti per il normale sviluppo degli animali fino a partire dall’uovo fertilizzato. La loro funzione è quella di attivare e disattivare alternativamente i geni, in modo che un informe ‘pallottolina’ di cellule tutte simili possa dare origine – secondo uno schema prestabilito – a tessuti diversi, quali, muscolo, osso, cellule nervose etc.

Polycomb si sposta in siti differenti – sotto la guida di ‘Hotair’ – dove si lega con una serie di geni, spegnendoli quando è necessario.

Rinn annunciò i suoi risultati nel 2007, sulla rivista Cell: furono giudicati grandiosi e fondamentali. Negli anni successivi, Chang dimostrò che alcuni topi – privati di ‘hotair’ crescevano malformati in molti modi: hotair regolava il funzionamento di molti distretti, quindi, non solamente la cute o le ossa.

In seguito, altri studi hanno dimostrato che alcune porzioni di DNA non codificante sono così importanti che – se rimosse – determinano la morte dell’individuo.

Rinn ha scoperto anche una particolare molecola di RNA (che ha chiamato ‘firre’), che possiede una spettacolare proprietà: sembra catturare (proprio come un cow-boy in un Rodeo) insieme tre cromosomi con una specie di ‘lasso’, tirandoli uno vicino all’altro. Da qui, ha formulato l’ipotesi che esistano centinaia di molecole con funzioni simili, o altrettanto sorprendenti.

Il principio secondo il quale il nostro Genoma funziona diversamente anche in relazione al suo stato di aggrovigliamento maggiore o minore e in relazione alla sua disposizione nello spazio (e quindi esposizione di alcuni suoi tratti a proteine altrimenti inaccessibili) era già stato enunciato da tempo.

Tra l’altro è uno dei motivi per i quali – anche se siamo riusciti a ricostruire alcuni genomi – non sappiamo ‘impacchettare’ il DNA in modo corretto all’interno della cellula.

L’attività riproduttiva – nel rovistare nella valigia/cellula – finisce poi col non trovare mai i calzini, o la cintura, o la cravatta...

Un litigio di lunga durata.

E' dai tempi di Darwin che prosegue la disputa su che cosa esattamente guidi l'evoluzione.

Darwin si lamentò molto della ‘cattiva rappresentazione’ che veniva fatta da altri delle sue idee fondamentali, circa le forze che determinano la grande diversità delle varie forme di vita.  Un suo grande rammarico fu che molti gli attribuissero il pensiero che solamente la Selezione Naturale ne fosse alla base.

Certamente, Darwin era all’oscuro di DNA e Cromosomi, Biologia Molecolare e tutto il resto: ma era altresì convinto che molte forse guidassero l’Evoluzione, “comprese alcune variazioni che – nella nostra ignoranza – ci sembrano insorgere spontaneamente”.

 Noi facciamo molti errori.

Probabilmente, dovremmo smettere di considerare la Vita come una continua migrazione verso la perfezione. 

Probabilmente, il DNA ‘non ricombinante’ non è un segno di insuccesso dell’Evoluzione. 

Forse –  invece – è proprio la traccia rimastaci del suo lento, nascosto, inarrestabile trionfo.

6 - Una sesta base?

L'interrogativo è d'obbligo: sarebbe una scoperta epocale.

Classicamente, le basi sono quattro (adenina, citosina, guanina e timina). 
Altre due basi derivate da queste sono la metil citosina e la metil adenina, che sono variazioni delle prime due. 

Quando si scoprirono le attività biomolecolari importanti delle metil citosina (mC) essa fu aggiunta come quinta base.
Lo studio attuale, di Manuel esteller dell'Università di Barcellona e appena pubblicato sulla rivista Cell, propone che anche la metil Adenina (mA) sia 'promossa' a base; sarebbe quindi la sesta.
Essa è presente in minime quantità in vari batteri (in cui protegge dall'immissione esterna di materiale nucleare) ed in vari vegetali ed animali inferiori (alghe, vermi, mosche) e la sua funzione sarebbe quella di modulare l'attività di vari geni e di influenzare le cellule staminali.
Tutto sta a vedere se si troverà anche nei mammiferi e - in special modo - nell'uomo. 


Sixth DNA's base discovered? 

  DNA (deoxyribonucleic acid) is the main component of our genetic material. It is formed by combining four parts: A, C, G and T (adenine, cytosine, guanine and thymine), called bases of DNA combine in thousands of possible sequences to provide the genetic variability that enables the wealth of aspects and functions of living beings. 

Methyl-Adenine 3D structure [Credit: IDIBELL] 

Two more bases: the Methyl- cytosine and Methyl-adenine 

In the early 80s, to these four "classic" bases of DNA was added a fifth: the methyl-cytosine (mC) derived from cytosine. 
And it was in the late 90's when mC was recognized as the main cause of epigenetic mechanisms: it is able to switch genes on or off depending on the physiological needs of each tissue. 

In recent years, interest in this fifth DNA base has increased by showing that alterations in the methyl-cytosine contribute to the development of many human diseases, including cancer. 

Today, an article published in  Cell  by Manel Esteller, director of the Epigenetics and Cancer Biology Program of the Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), ICREA researcher and Professor of Genetics at the University of Barcelona, ​​describes the possible existence of a sixth DNA base, the methyl-adenine (mA), which also help determine the epigenome and would therefore be key in the life of the cells. 
In bacteria and in complex organisms "It was known for years that bacteria, evolutionarily very distant living organisms of us, had mA in its genome with a protective function against the insertion of genetic material from other organisms. 
But it was believed that this was a phenomenon of primitive cells and it was very static" describes Manel Esteller. 
"However, this issue of CELL publishes three papers suggesting that more complex cells called eukaryotes such as the human body cells, also present the sixth DNA base. 

These studies suggest that algae, worms and flies possess mA and it acts to regulate the expression of certain genes, thus constituting a new epigenetic mark. 

This work has been possible thanks to the development of analytical methods with high sensitivity because levels of mA in described genomes are low. 
In addition it seems that mA would play a specific role in stem cells and early stages of development, "explains the researcher. 
"Now the challenge we face is to confirm this data and find out whether mammals, including humans, we also have this sixth DNA base, and consider what its role is". 


Source: IDIBELL-Bellvitge Biomedical Research Institute [May 11, 2015]

4- Il genoma e la cipolla

Il Genoma Umano contiene, come già detto, 20.000 geni.

In termini di ‘basi’ (assimilabili alle  singole lettere di questo nostro particolare alfabeto), ciò significa la bellezza di 3.2 miliardi di basi. Il che significa che se ci si prendesse la briga di scriverlo su carta, s’otterrebbe un testo almeno mille volte più lungo di un ponderoso romanzo russo come “Guerra e Pace”.

Eppure, se si fa passare il genoma di una cipolla attraverso il raggio laser di un “citometro di flusso” dopo averlo opportunamente colorato, si ottiene – anche visivamente – un risultato sconcertante: una semplice cipolla contiene un numero molto maggiore di basi di un essere umano.

Come è possibile questo?

Ci possiamo considerare, in qualche modo, inferiori ad una semplice cipolla? Oppure: è mai possibile che una comune cipolla svolga più funzioni – in ambito genetico/ereditario – di quante ne abbiamo noi come esseri umani?

Che la cipolla riesca spesso a farci piangere – quando ne affettiamo una, per esempio – è cosa nota: molto di più se per caso ci affettiamo anche un polpastrello! Ma che vinca anche in un confronto biologico molecolare è insopportabile.

Non lo crediamo possibile: e infatti non è così.

Eppure anche molte altre creature – visibilmente più semplici di noi – possiedono genomi molto più grandi del nostro. 

I pesci polmonati africani (dipnoi) hanno 132 miliardi di basi. 

Il bellissimo fiore Paris Japonica (melanthacee) ne contiene addirittura 149 miliardi.

Ora, senza nessuna offesa, queste entità biologiche non sono in alcun modo più complesse di noi. Si può serenamente rifiutare in blocco ogni idea che esse – con il proprio esuberante DNA ipertrofico – facciano qualche cosa di più di quello che facciamo con il nostro. Si può anzi affermare che le

dimensioni del DNA di un essere vivente non possiedono alcuna correlazione con la sua complessità.

Quindi, sembrerebbe uscirne avvalorata l’idea formulata già nel lontano 1970 (che come s’è già detto, oggi è parzialmente superata) per cui la grande maggioranza del DNA non servirebbe a nulla (e ciò sembrò appunto giustificare il termine “DNA spazzatura” che vorrebbe tradurre l’inglese “Junk DNA”, che più precisamente significa: “inutile carabattola”).

Non codificherebbe alcunché.

Ma, allora, che cosa ci sta a fare, lì dove si trova, cioè nella ‘stanza dei bottoni’ di tutti gli organismi della Terra?

Ecco: questo è proprio il punto focale di moltissime “guerre del DNA”, che si sono lungamente combattute tra sostenitori di tesi opposte, proprio a partire dagli anni ’70.

A dire la verità, la Genetica è stata fertile terreno di contese intellettuali fino dai tempi di Darwin, e cioè da circa 200 anni.

Ancora oggi il Mondo si divide (filosoficamente?) tra Creazionisti ed Evoluzionisti, contro ogni possibile evidenza scientifica. Non esistendo alcuno spazio razionale frequentabile dai creazionisti, questi ultimi si rifugiano nella fede e nella religione, nella confusione parascientifica e nell’irrazionale inventato e senza prove.

James Watson e Francis Crick (1953: pubblicazione di un breve articolo sulla rivista Natura) descrissero per la prima volta la struttura della molecola del DNA, guadagnandosi il Nobel e determinando un’incredibile frenesia produttiva tra i biologi ricercatori.

“Double Helix”, la definirono, cioè “doppia spirale”. Come mai in Italia sia diventata una ‘doppia elica’ (che in Inglese sarebbe “double propeller”) forse è meglio non saperlo.

Ormai il danno è fatto: se si va a cercare “Doppia Elica” su Wikipedia, si trova addirittura portata ad esempio l’illustrazione di una bellissima scala a chiocciola di Donato Bramante[1] nei Musei Vaticani, insensatamente definita ‘scala a doppia elica’.  

Il Bramante è lì che si rigira ancora nella propria tomba, come una doppia elica, tutto vestito di Pizzo SanGallo...

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[1] Musei Vaticani - Roma. La scala elicoidale d’uscita dai Musei è attribuita al Bramante (Donato di Angelo di Pascuccio), ma più probabilmente essa è opera del discepolo Antonio da Sangallo, autore di quel capolavoro di ingegneria che si trova nel Pozzo di San Patrizio ad Orvieto: scala elicoidale a doppia rampa in cui chi scende a prendere l’acqua (probabilmente con un asino, o un mulo e forse un carro) non incontra chi sale, con il carico utile d’acqua.

3 - Genoma Umano.

Il Genoma Umano contiene circa 20.000 geni.
Si tratta, qui, delle piccole sequenze che codificano le proteine.
Ma - si badi bene - questa parte codificante rappresenta solamente l'1,2% del genoma totale. Ciò - per differenza - significa che la quasi totalità, il 98,8% del DNA, è quella parte nota come "non codificante".
 Proprio quello che fu tacciato d'essere 'spazzatura', sospettato immediatamente di essere almeno un residuo inutile di precedenti versioni superate di DNA non più aggiornato, né necessario.

Oggi si va facendo sempre più spazio la teoria per la quale questo DNA 'non codificante' non sarebbe propriamente spazzatura: se da una parte è ancora piuttosto lontana la sua riabilitazione completa, tuttavia si comincia a pensare che almeno una parte di esso faccia qualche cosa di non solo utile, ma anche - e più correttamente - indispensabile per la sopravvivenza.

Si comincia a fare strada l'idea secondo cui alcune porzioni dell' EX DNA spazzatura assolvano compiti indispensabili al normale sviluppo fisico dell'essere vivente cui appartiene, dai primi stadi di uovo e poi d'embrione, fino a quello adulto. Il cattivo funzionamento di queste porzioni 'apparentemente silenti' (un termine molto più diplomatico, nevvero?) di DNA avrebbe effetti deleteri sull'individuo, determinando in ultima analisi deformità,, malfunzionamenti, cancro ed altro.

Ufficialmente, il termine 'DNA spazzatura' è caduto in disuso, come negli ultimi mesi hanno dichiarato apertamente anche i rappresentanti (Francis Collins) dell'Istituto Nazionale per la Sanità Statunitense.
Questa posizione implica anche di conseguenza - anche se nessuno lo dichiara onestamente in termini così chiari - che noi non abbiamo ancora capito completamente come funzioni il nostro DNA.

Facendo il paragone con un alfabeto non conosciuto, siamo al punto in cui crediamo di averne decifrato l'alfabeto forse per intero e magari anche qualche parola.
Ci si rende conto, così, che da questo stadio a quello di potere scrivere frasi di senso compiuto dovrà scorrere ancora un bel po' di acqua sotto i ponti. Nessuno si azzardi - quindi - a parlare di poesia o di letteratura!

Al momento, la situazione è la seguente:

1) Come non eravamo in grado di dire che il DNA non codificante non fosse funzionale, per cui non potevamo chiamarlo "spazzatura" (Junk DNA),

2) Esattamente nel medesimo modo non sappiamo bene ancora quale funzione/i esso possa avere.

3) Di conseguenza, sarà meglio non abbracciare alcuna teoria con troppo entusiasmo, per non produrre quella che poi - con dispiaciuta riluttanza - si dovrà eventualmente definire "cattiva scienza".

Sappiamo che errori del genere sono stati già commessi in passato: dovremmo imparare da essi e non ricaderci.
Un esempio è dato dalla sostituzione del finalismo religioso con la selezione naturale: per troppo entusiasmo, per un certo periodo si incorse in una ipercorrezione  che attribuiva tutto alla Selezione Naturale, persino contro il parere più convinto dei migliori biologi, che in alcuni dettagli non ammettevano un meccanismo adattivo (di adattamento all'ambiente).

L'opinione di questi biologi - in parole povere - è che un genoma pienamente efficiente (senza DNA silente) non sarebbe affatto coerente con il fatto che ciascuna Specie ebbe ad evolversi attraverso ere di casualità e di false partenze.

1 - Dienneà, JAMES Dienneà, per l'esattezza...

Tutti ne parlano.

Proprio tutti lo inseriscono in qualche modo nei loro discorsi.

Se per esempio una volta si diceva: “Non è nel mio carattere fare questa cosa” (i dotti usavano l'espressione: “Non è nelle mie corde”, con voluto riferimento anatomico/poetico alle valvole cardiache), oggi si dice brutalmente: “Non è nel mio DNA”.

E tutti, guarda caso, capiscono!

Così, semplicemente: come se tutti avessero piena dimestichezza quotidiana con ciò che realmente compone il DNA. Come se ognuno sapesse a memoria come esso funzioni. Magari non sanno riconoscere il carburatore della propria auto e non possiedono la minima nozione circa la sua funzione, ma il DNA – perbacco! – quello lo conoscono proprio tutti, andiamo... 

Mi sorprende ancora (ma possiedo un'anima bambina) che tutti parlino sempre di "doppia elica", quando in realtà si tratta con ogni evidenza di una 'doppia spirale'.

È un'espressione detestabile, a mio vedere.

Ma chi la detesta quanto me, può anche #restare sereno, perché tanto il termine non durerà ancora molto.

Resterà di moda per alcuni anni, poi passerà: perché, di fatto, è un'espressione astratta (nessuno di coloro che la usano ha la più pallida idea di che cosa sia davvero il DNA). Più probabilmente, poi, sarà sostituita da un'altra espressione più di moda e – con ogni probabilità – almeno altrettanto odiosa.

In questa società Italiana attuale, d'altronde, non ci si può attendere alcunché di piacevole, bello, accettabile e minimamente ragionato.... In tutti i campi.

Quando ci fu Chernobil, tutti – alle file dell'Ufficio Postale e sull'autobus – parlavano familiarmente di Bequerel e mini-Bequerel con una dimestichezza tale che ne parevano allevatori navigatissimi (sono animali, no?). Oppure esperti coltivatori (forse sono piante). Pare che un Bequerel fosse scappato dal Circo Orfei di visita a Brescia, seminando il panico tra i Bauscia Camuni, che erano ben più avvezzi al "Sarchiapone" di Annichiarica memoria ...

Quando è saltato fuori il “Caso Stamina” tutti s'erano riscoperti grandi conoscitori di cellule staminali. 

Strano che poi proprio nessuno avesse rilevato la stranezza marziana per cui un esperto di Tecniche delle Comunicazioni – da solo, per di più! – fosse riuscito là dove ancora sono al palo da quasi 20 anni i ricercatori pluri-disciplinari di tutto il mondo.

Non cito- per brevità – le altre decine e decine di casi analoghi da cui avremmo dovuto tutti imparare qualche cosa: non lo abbiamo fatto. E infatti continuiamo a ripetere sempre gli stessi errori.

Da una parte ci sono i ciarlatani, che incantano le bisce, imboniscono il 'popolo bue', monetizzano abilmente la loro fraudolenta fantasia. Dall'altra ci sono creduloni di entità paradossali, disposti a bersi qualsiasi panzana sia puntualmente proposta loro.

Qualche anno fa fu formulata (per ischerzo, io suppongo) la favola metropolitana per cui un CD appeso nel lunotto poteriore confondeva i misuratori di velocità della Polizia. Fu subito smentita come scherzo diagnostico per babbaloni, ma per diversi anni quasi tutte le automobili avevano casualmente un CD appeso nel lunotto posteriore (e la targa posteriore magari spruzzata di lacca per capelli! altra favola metropolitana in voga). Qualcuno asseriva persino che “ci sta bene, fa pure la sua figura”...

Tutt'ora, in varie parti del Paese, molti cultori di svariate discipline esoteriche adorano varie strutture naturali acheropite come preziosi documenti di un illustre passato umano inesistente... I babbaloni sono ovunque, tutto intorno a noi.

Bene. Basta così. 

Era, questa, solamente una introduzione, per chiarire il motivo per cui parlerò di DNA, nei prossimi 'posts'.

JAMES DNA, per la precisione.

L'Aston Martin DB5 - ne furono concessi due modelli dalla Casa per il film "Goldfinger" - con la targa  personalizzata JB Z6 007. Uno fu modificato con i trucchi e gli effetti speciali del film: vinse l'oscar.

Il ciarlatano premiato col Nobel

IL CIARLATANO ED IL SUO NOBEL

KARY MULLIS

articolo di 
Maurizio Feo


Questo post costituisce un esempio di come - talvolta - la realtà superi spesso di gran lunga ogni più sbrigliata fantasia.
Esso riunisce
- fatti scientifici (interessanti risultati della ricerca sul DNA),
- fatti di cronaca nera orribili e spiacevoli (cause di omicidio e di paternità, di cui s'interessa la Medicina Legale con le sue tecniche forensi)
- ed altre e varie recenti dispute (per esempio, quella che vede in Sardegna da una parte i ricercatori accreditati e dall'altra quelli 'autodidatti'; ma anche quella - purtroppo - circa la notizia della superiorità organizzativa degli altri sistemi giudiziari rispetto a quello italiano).

Prima, un po' di cronologia:

1984 : Alec Jeffreys  (1950) sviluppa la tecnologia per determinare l'impronta genetica. Una sua dichiarazione : "Esisteva un livello di specificità in ogni individuo che era anni luce al di là di ogni cosa vista prima. Ci rendemmo immediatamente conto delle possibili implicazioni nelle indagini forensi e nella verifica della paternità"

1986-88 : Prima applicazione del 'test del DNA': Colin Pitchfork fu riconosciuto inequivocabilmente colpevole dell'omicidio di una ragazza di 15 anni, Dawn Ashworth, per cui era stato precedentemente arrestato l'innocente Richard Buckland.

1990 : La 'reazione della catena delle polimerasi' è applicata all'impronta genetica, che permette di sperimentare sui più piccoli campioni biologici. (Da allora centinaia di migliaia di criminali sono stati condannati grazie alla 'Prova del DNA'. Anche le vittime degli attentati dell'undici Settembre 2001  furono identificate con il test del DNA).

1992 : Il cadavere di Josef Mengele è identificato grazie alla prova del DNA. Un uomo sepolto in Brasile, con il nome di Wolfgang Gerhard era in realtà Mengele, il medico fuggito da Auschwitz e responsabile ideatore di numerosi odiosi esperimenti in vivo sui prigionieri ebrei.

1998 : sull'abito blu di Monica Lewinsky ('previdentemente' subito surgelato da lei) si identifica il DNA di Bil Clinton. Migliaia di cause di paternità sono decise grazie al test: Eddie Murphy, Steve Bing, Maradona, Dwight Yorke, Eto'o,  etc...

2003 : il "Criminal Justice Act"  inglese prevede il prelievo di DNA da chiunque sia arrestato per un reato, anche se poi non incriminato, né condannato. E' un mezzo che permette di creare rapidamente  un'enorme ed utilissima banca dati di DNA, cosa che pone i servizi inglesi all'avanguardia rispetto agli altri.

Come funziona il test.
- Alec Jeffreys scoprì per caso le possibili applicazioni in ambito legale del DNA.
In realtà, egli stava studiando i minisatelliti per cercare una chiave dell'evoluzione dei geni responsabili di malattie. Usava come materiale alcuni campioni di DNA prelevati da una sua collaboratrice (Vicky Wilson) e dai suoi genitori. Notò una somiglianza familiare nel numero delle ripetizioni dei minisatelliti, ma anche che ciascuna sequenza aveva un profilo unico. 
- Inizialmente, il test si fondava su alcuni segmenti ripetitivi  del 'Junk DNA' (DNA spazzatura) noti come minisatelliti, che hanno una lunghezza compresa tra 10 e 100 lettere. Essi presentano sempre la medesima sequenza di basi GGGCAGGAXG (dove X può essere una qualunque delle 4 basi). I minisatelliti s'incontrano più di un centinaio di volte nel genoma umano e in ciascun sito si ripetono un numero casuale di volte.

 - Come 'entra' Kary Mullis nella faccenda?

Nel 1983 egli inventa una tecnica (la PCR - "Polimerase Chain Reaction"). Questa tecnica permette l'amplificazione di piccole quantità di DNA.
Ciò è solo apparentemente insignificante: nella realtà dei fatti, significa che anche solo 150 cellule divengono una quantità di materiale 'leggibile' ed utilizzabile a scopo scientifico o medico legale.
Inoltre, con il tempo, l'analisi dei minisatelliti è stata sostituita dall'uso di piccole sequenze ripetitive di DNA (chiamate 'brevi ripetizioni in tandem': short tandem repeats), che sopravvivono meglio all'esposizione ambientale e possono essere più facilmente amplificate con la PCR.

Attualmente, varie nazioni archiviano il DNA di criminali condannati per l'uso in Medicina Forense. Il Regno Unito già nel 2010 possedeva ormai un database includente più del 6% della popolazione (oltre 4 milioni di campioni).

Solo una persona su un milione condivide la medesima 'impronta genetica' con un altro: questo permette di considerarla una prova conclusiva.
Significa anche, però, che - in un paese di 60 milioni d'abitanti - esistono 60 persone con la stessa impronta genetica. Ciò significa più specificatamente che, una volta che sia stato trovato DNA sospetto sul luogo del delitto, esistono 59 possibilità su 60 che il soggetto proprietario di 'quel' DNA sia innocente...
Non si tratta di cavilli, si tratta di due situazioni diametralmente opposte: un conto è rinvenire seme prelevato da una vittima di stupro (un campione abbondante, che supera qualsiasi altro presente), tutto un altro conto è il rinvenimento di qualche cellula (il test è sensibile fino a sole 5 cellule!) in un posto che l'indiziato poteva frequentare anche del tutto innocentemente.
Inoltre, è necessario tenere conto della contaminazione: quando si tratta di poche cellule, queste potrebbero essere state scambiate per contatto remoto o per scambio diretto con altre persone che poi le hanno 'seminate' (inconsapevolmente) sul posto del delitto...

Kary Mullis vince il Nobel per la sua scoperta del metodo PCR.
A 1971 paper in the Journal of Molecular Biology by Kleppe and co-workers first described a method using an enzymatic assay to replicate a short DNA template with primers in vitro. However, this early manifestation of the basic PCR principle did not receive much attention, and the invention of the polymerase chain reaction in 1983 is generally credited to Kary Mullis.
Malgrado ciò, egli resta un soggetto estremamente controverso: ha descritto apertamente le proprie esperienze con LSD (dietilamide dell'acido lisergico, una droga potentissima); ha scritto persino una biografia "Ballando nudi nel campo della mente", in cui descrive in dettaglio un episodio relativo al 1985, nel corso del quale sostiene di avere incontrato un orsetto lavatore luccicante che gli ha rivolto la parola. Ha sostenuto la tesi 'indipendente' per cui l'HIV non causerebbe l'AIDS; ha sostenuto la validità dell'astrologia.
Il suo contributo alla Scienza, però, è indiscutibile: a parte l'uso in medicina forense del 'suo' test, ne esistono applicazioni nei test genetici per le malattie e nella ricerca del DNA antico (aDNA), con qualche aiuto all'archeologia, solo per fare due esempi.

L'attuale 'disamistade' sarda.
- E' cosa regionalmente nota che sia in corso una disputa ormai cronica tra i sostenitori di tesi 'creative' e 'indipendenti' circa la Storia trascorsa della Sardegna ed i sostenitori 'autorizzati', quelli accademici.
Ambedue i gruppi organizzano congressi e raduni, parlano e scrivono abbondantemente sull'argomento.
Taluni esponenti di ambedue i gruppi non risparmiano critiche anche aspre al gruppo avverso, includendovi oltre a quelle alle idee sostenute anche quelle concernenti i comportamenti. Accuse anche gravi sono state scambiate.
I toni si sono esacerbati fino all'eccesso, in una spirale ascendente di espressioni sempre più esecrabili.

La mia personale opinione è che l'attuale livello di tensione sia più utile a chi desidera ottenere una maggiore e continua 'visibilità mediatica', per scopi personali ben precisi.
Non è comunque utile alla Scienza in alcun modo e questo è un fatto inconfutabile.

Propongo pertanto, di utilizzare, per il gruppo dei 'non accademici' espressioni come "pensatori non allineati', oppure 'ricercatori indipendenti' e simili: non sono espressioni offensive e non dovrebbero giustificare un aumento del livore di ritorno.
Poi ognuno, nel segreto del proprio animo e del proprio pensiero, può coltivare l'opinione più o meno fondata che l'altro sia un cialtrone ciarlatano e la sua produzione sia solamente ciarpame: ma non lo ha detto espressamente...
E l'esempio del premio Nobel Kary Mullis insegna che anche un sostenitore di idee controverse ed 'indipendenti' può, talvolta, coltivare un'idea preziosa per la Scienza...
Forse a quello scopo dovrebbero mirare più intensamente i 'pensatori indipendenti'.

SEQUOIA SEMPERVIRENS, esaploide.

le Sequoie sono tra gli alberi più alti ed inoltre sono organismi viventi tra i più più vecchi nel Mondo. Hanno la capacità - che le distingue dalle altre conifere - di riprodursi dai ceppi tagliati, da tronchi caduti, dalle radici.
Queste straordinarie piante (veri fossili viventi) sono adesso sotto studio per aiutarne la conservazione e la salvaguardia: un tempo, infatti, esse coprivano quasi tutto l'emisfero settentrionale, oggi si reperiscono solamente in alcune valli protette della California e dell'Oregon.
Tra gli studi (condotti da ricercatori della Università della California - Berkeley) vi sono quelli genetici, che hanno permesso di stabilire che la sequoia Sempervirens  è esaploide, non diploide (e ciò significa che nel proprio genoma possiede 6 copie dei cromosomi omologhi, non solamente 2).
Ciò determina una maggiore difficoltà  dello studio genetico, per via del maggior numero di alleli. se a ciò si aggiunge la possibile presenza di mutazioni, si comprende bene la difficoltà che gli autori incontrano nel ricostruire le linee di discendenza. 
Fino ad oggi, su 770 individui, sono stati reperiti 449 cloni differenti. La Sequoia è un organismo arboreo di rapida crescita: questo conferisce una rilevanza economica alla specie, oltre a quella di datazione storica assoluta (dendrocronologia) e botanica.
Questi studi, pertanto, potranno aiutare la gestione di un patrimonio di grande interesse da molti punti di vista...

The shortest DNA sequences reveal insights into the world's tallest trees 



Coast redwoods are famous for being the tallest trees in the world, but their height is not the only thing that sets them apart. 
Unlike most conifer trees, coast redwoods can reproduce by sprouting from cut stumps, fallen logs, and roots.

Researchers from the University of California, Berkeley, are uncovering important information about patterns of coast redwood clones with a new DNA analysis method that could help forest management and preservation efforts. 

Coast redwoods (Sequioa sempervirens)  

[Credit: focus.tracinglight.com] 

The new method, described in a recent issue of Applications of Plant Sciences, will enable scientists to identify clonal lineages and study how clonal diversity varies throughout the geographic range of this species. 
Coast redwoods are among the oldest living trees on earth and, although they once occupied much of the northern hemisphere, today's native coast redwood forests can only be found in a 450-mile strip of land along the coast of northern California to southern Oregon. 
To date, very little research has been done to elucidate the clonal patterns of coast redwood. 

This is partly due to another aspect that sets redwoods apart from other woody plants--they are hexaploid, meaning that there are six copies of each homologous chromosome in the genome, instead of two. 
"Genetic analyses of polyploid organisms are difficult due to higher numbers of alleles," explains Lakshmi Narayan, the graduate student who led the UC Berkeley study. "In addition to their hexaploid condition, another challenge in determining the genotypic identity of clonal plants is the possibility of somatic mutation, where a mutation occurs that changes the genotype of an individual in a clonal lineage. 
These mutations have the potential to confound genotyping studies seeking to identify the origin of shoots." Narayan designed the new protocol to overcome challenges associated with mutations and with the high genetic copy number in redwood DNA. 
Narayan and her colleagues tested the clonal identification protocol by collecting DNA samples from 770 redwoods and successfully identified 449 distinct clones.

A key aspect of the new method is the use of short repeating DNA sequences from different coast redwood tissue types. 
The short DNA sequences, known as microsatellites, are present in all living organisms and widely used to distinguish individuals from one another.

The researchers analyzed microsatellite data from coast redwood cambium, leaf, and sprout tissue. 
"One novel aspect of our protocol was the use of different tissue types to verify consistent identification of alleles between samples," explains Narayan. 
"Requiring that alleles amplified in multiple tissue types from the same individual before scoring them made our protocol more conservative. This potentially reduced potential for misidentification. The other novel aspect of our work was the extensive use of data simulation to test the resolution of our genetic markers and scoring protocol." 

Because they are a fast-growing tree species, young redwoods are commercially valued for timber production while ancient redwoods remain protected. 

Genetic data produced from the new protocol could help guide sustainable forest management of commercial young-growth forests and also improve efforts to preserve ancient redwood populations. 
Says Narayan, "We hope the methods presented in this paper will be applicable to other species, in addition to being useful for genotyping coast redwoods. 
Our future research will employ this methodology to study the variation in levels of clonal diversity throughout the species' range, and look at how clonal reproduction may affect the physical structure of redwood forests." 

Source: Botanical Society of America [March 27, 2015]

DNA: grandi capacità di sopravvivenza

DNA survives critical entry into Earth's atmosphere 



 The genetic material DNA can survive a flight through space and re-entry into Earth's atmosphere -- and still pass on genetic information. A team of scientists from UZH obtained these astonishing results during an experiment on the TEXUS-49 research rocket mission. 

DNA can survive a flight through space and re-entry into the earth’s atmosphere and still pass on genetic information [Credit: Ciro Villa] 

Applied to the outer shell of the payload section of a rocket using pipettes, small, double-stranded DNA molecules flew into space from Earth and back again. After the launch, space flight, re-entry into Earth's atmosphere and landing, the so-called plasmid DNA molecules were still found on all the application points on the rocket from the TEXUS-49 mission. And this was not the only surprise: For the most part, the DNA salvaged was even still able to transfer genetic information to bacterial and connective tissue cells. 

"This study provides experimental evidence that the DNA's genetic information is essentially capable of surviving the extreme conditions of space and the re-entry into Earth's dense atmosphere," says study head Professor Oliver Ullrich from the University of Zurich's Institute of Anatomy.

Spontaneous second mission 
The experiment called DARE (DNA atmospheric re-entry experiment) resulted from a spontaneous idea: UZH scientists Dr. Cora Thiel and Professor Ullrich were conducting experiments on the TEXUS-49 mission to study the role of gravity in the regulation of gene expression in human cells using remote-controlled hardware inside the rocket's payload. 

Launch of the rocket TEXUS-49 from the Esrange Space Center in Kiruna,  North Sweden [Credit: Adrian Mettauer] 

During the mission preparations, they began to wonder whether the outer structure of the rocket might also be suitable for stability tests on so-called biosignatures. 
"Biosignatures are molecules that can prove the existence of past or present extraterrestrial life," explains Dr. Thiel. 
And so the two UZH researchers launched a small second mission at the European rocket station Esrange in Kiruna, north of the Arctic Circle.

DNA survives the most extreme conditions 
The quickly conceived additional experiment was originally supposed to be a pretest to check the stability of biomarkers during spaceflight and re-entry into the atmosphere. Dr. Thiel did not expect the results it produced: "We were completely surprised to find so much intact and functionally active DNA." The study reveals that genetic information from the DNA can essentially withstand the most extreme conditions. 

Dr. Cora Thiel and Professor Oliver Ullrich salvage DNA molecules from the outer  shell of the payload section of the TEXUS rocket [Credit: Adrian Mettauer] 

Various scientists believe that DNA could certainly reach us from outer space as Earth is not insulated: in extraterrestrial material made of dust and meteorites, for instance, around 100 tons of which hits our planet every day. 
This extraordinary stability of DNA under space conditions also needs to be factored into the interpretion of results in the search for extraterrestrial life: "The results show that it is by no means unlikely that, despite all the safety precautions, space ships could also carry terrestrial DNA to their landing site. We need to have this under control in the search for extraterrestrial life," points out Ullrich. 
The study is published in the journal PLoS One. 


Source: University of Zurich [November 26, 2014]

Auroch Europeo

DNA find reveals new insights into the history of cattle in Europe 

 A research team from the University of Basel made a surprising find in a Neolithic settlement at the boarders of Lake Biel in Switzerland: The DNA of a cattle bone shows genetic traces of the European aurochs and thus adds a further facet to the history of cattle domestication. 
The journal Scientific Reports has published the results. 

Metacarpus of a small and compact adult bovid found in Twann after sampling for genetic analysis [Credit: University of Basel, Integrative Prehistory and Archaeological Science] 

The modern cattle is the domesticated descendant of the aurochs, a wild species that became extinct in the 17th century. 
The aurochs' domestication already began roughly 10,000 years ago in the Near East. It is their DNA that reveals their ancestry: Aurochs of the Near East carry a maternally inherited genetic signature (mtDNA) called T haplogroup. 

Modern cattle still carry this signature and thus show that they derive from these early domesticated cattle of the Near East. 
This suggests that with the spreading of early farmers from the Near East to Europa, the domesticated cattle was imported to Europe alongside. 
Unlike the aurochs of the Near East, the local wild aurochs of Europe belonged to the P haplogroup. 
So far, scientists believed that the female European aurochs did not genetically influence the Near Eastern cattle imported during the Neolithic Age (5,500 – 2,200 BC). 
Small sturdy cows as draft animals Scientists from the University of Basel by accident found a very small metacarpal bone from a Neolithic cattle among other animal bones found in the lake settlement Twann in Switzerland and analyzed its mtDNA. 

The analysis showed that the bovine bone carried the European aurochs' genetic signature of the P haplogroup. 
The bone thus represents the first indisputable evidence that female European aurochs also crossbred with domestic cattle from the Near East. 
The bone, dated to around 3,100 BC, is evidence for the earlier crossbreeding between a wild female European aurochs with a domestic bull. 
“If these were coincidental single events or rather cases of intentional crossbreeding cannot be clearly answered on the basis of our results”, explains Prof. Jörg Schibler, head of the research groups for Integrative Prehistoric and Archaeological Science (IPAS) from the Department Environmental Science at the University of Basel. 

The animal, to which the bone belonged, was exceptionally small with a withers height of only 112 centimeters. 
“This raises a number of questions for us: How difficult was copulation or birth in this case? And how many generations did it take to develop such small animals?”, explains the archaeogenetics specialist Angela Schlumbaum in regards to the significance of the discovery.

 The scientists assume that the early farmers of the Horgen culture (3,400 – 2,750 BC), to which the bone dates, could have been trying to create a new smaller and sturdier type of cattle especially suitable as draft animal by intentional crossbreeding with wild aurochs. 

This assumption would be in accordance with archaeological finds of wooden wheels, wagons and a yoke from the Horgen culture. 

Source: University of Basel  [July 29, 2014]

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Alleli Letali Recessivi

DIENEKE'S è SEMPRE INTERESSANTE, ANCHE SE NON SEMPRE PIENAMENTE CONDIVISIBILE E QUALCHE VOLTA PROVOCATORIO.  MA INSEGNA SEMPRE QUALCHE COSA: IN QUESTO CASO, LA POPOLAZIONE FONDANTE DEGLI HUTTERITI... 
July 29, 2014

Lethal mutations quantified

A very interesting new preprint on the arXiv (so it can be freely read). The founder population is the Hutterites. The key sentence:

Our approach indicates that on average, one in every two humans carries a recessive lethal allele on the autosomes that lead to lethality after birth and before reproductive age or to complete sterility.

arXiv:1407.7518 [q-bio.PE]

An estimate of the average number of recessive lethal mutations carried by humans 

Ziyue Gao, Darrel Waggoner, Matthew Stephens, Carole Ober, Molly Przeworski

The effects of inbreeding on human health depend critically on the number and severity of recessive, deleterious mutations carried by individuals. In humans, existing estimates of these quantities are based on comparisons between consanguineous and non-consanguineous couples, an approach that confounds socioeconomic and genetic effects of inbreeding. To circumvent this limitation, we focused on a founder population with almost complete Mendelian disease ascertainment and a known pedigree. By considering all recessive lethal diseases reported in the pedigree and simulating allele transmissions, we estimated that each haploid set of human autosomes carries on average 0.29 (95% credible interval [0.10, 0.83]) autosomal, recessive alleles that lead to complete sterility or severe disorders at birth or before reproductive age when homozygous. Comparison to existing estimates of the deleterious effects of all recessive alleles suggests that a substantial fraction of the burden of autosomal, recessive variants is due to single mutations that lead to death between birth and reproductive age. In turn, the comparison to estimates from other eukaryotes points to a surprising constancy of the average number of recessive lethal mutations across organisms with markedly different genome sizes.

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