Salvador Luria e la resistenza dei batteri come frutto di mutazioni

Ha contribuito a farci capire che alla base dell’ereditarietà c’è il DNA, ha scoperto gli enzimi di restrizione, è scappato due volte dal nazifascismo e ha sostenuto per tutta la vita il pacifismo. Storia di uno dei padri della biologia molecolare

Gli scienziati hanno, come chiunque altro, le loro opinioni e preferenze, nel lavoro così come nella vita. Tali preferenze non devono influire sull’interpretazione dei dati, ma hanno una decisa importanza nella scelta del modo di accostarsi a un problema. Uno scienziato che non fosse stato così favorevole all’ipotesi delle mutazioni probabilmente non avrebbe neppure pensato al metodo di verifica che alla fine escogitai. (Salvador E. Luria, Storia di geni e di me, p. 88)

Nel dicembre del 1969, quando si trova a Stoccolma per ritirare il premio Nobel per la Medicina, un giornalista gli chiede in che esatto momento sia diventato uno scienziato. «Quando mi sono trasferito da Torino a Roma nel 1937. Quella notte in treno». Così risponde Salvador Luria, aggiungendo che sono il sentimento dell’avventura e la curiosità per l’ignoto – sensazioni che provava nella cuccetta di terza classe («e gli avventurieri viaggiano in prima o in terza») – ad averlo spinto in tutte le imprese della sua vita. E l’avventura di cui quel viaggio in treno era solo il primo passo era davvero terra incognita per la biologia dell’epoca. Salvador Luria aveva lasciato il suo maestro di istologia Giuseppe Levi (lo stesso di Renato Dulbecco e Rita Levi Montalcini, entrambi premi Nobel) per apprendere quel poco di fisica che, dal suo punto di vista, sarebbe stata necessaria per esplorare nuovi territori della biologia. All’epoca, questo significava genetica, ereditarietà e gli albori della biologia molecolare. Con quegli elementi di fisica appresi a Roma, all’Istituto dove lavoravano i Ragazzi di Via Panisperna, Salvador Luria dimostra, assieme al collega Max Delbrück, che la resistenza dei batteri alle infezioni dei fagi si sviluppa grazie a mutazioni genetiche, mettendo così a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo una perfetta piattaforma per lo studio della genetica, motivo per il quale vince il Nobel.

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Genetica mendeliana: realtà storica e mito

150 anni fa Mendel pubblicava un testo tramandato come fondamentale per la genetica. Dimenticato per quasi quarant’anni, è stato riscoperto all’inizio del Novecento. Ma quanta leggenda e quanta verità storica c’è in questa vicenda?

I miti sono ideologia in forma di racconto, specchio delle regole, dei valori e delle aspirazioni in cui la comunità si riconosce (Giancarlo Sturloni, Le mele di Chernobyl sono buone, Sironi, 2006)

Nel 1866 un monaco agostiniano di Brünn, oggi Brno, la seconda città della Repubblica Ceca, pubblica un saggio sull’ibridazione delle piante. A cento cinquant’anni da quell’evento, quel testo di 48 pagine scritto da Gregor Mendel viene universalmente considerato il punto di partenza di una nuova disciplina, la genetica. Occorrono però 35 anni perché si riconosca il valore di quello scritto, grazie all’intervento di tre scienziati: il tedesco Carl Erich Correns (1864 – 1935), l’austriaco, ma di origine morava, Erich Tschermak von Seysenegg (1871 – 1962) e l’olandese Hugo Marie de Vries (1845 – 1935). La storia di Mendel, vendicata dalla Storia, diventa quindi sinonimo di ricercatore troppo avanti per i propri tempi o di genio isolato, lontano dagli ambienti che contavano per il dibattito scientifico dell’epoca. Ma è davvero andata così, con un precursore dimenticato e bistrattato dai contemporanei? Secondo le più recenti ricostruzioni storiche, in realtà, la rivalutazione di Mendel è un mito costruito a posteriori proprio da uno dei suoi riscopritori.

 

Chi è Gregor Mendel?

Nato il 22 luglio 1822 ad Heizendorf, nel nord della Moravia, da una famiglia di contadini, Johann prende il nome di Gregor solamente all’ingresso in monastero. Cagionevole di salute fin dalla tenera età, capisce che non potrà fare l’agricoltore e prendere in gestione la terra lavorata dalla famiglia. È bravo in matematica e fisica, ma i soldi per continuare gli studi non si trovano. Ci pensa una delle sorelle, Theresia, a cui sarà sempre molto legato, che lo finanzia con la propria dote, aprendogli la strada per l’abbazia di San Tommaso di Brünn. Qui, lo accoglie un abate, Cyril Napp, dai profondi interessi scientifici. Ma lo studio è visto bene, una delle forme più alte di lode a Dio, da tutta la congregazione e sottolineato dal motto per scientiam ad sapientiam. Per Mendel si tratta di una situazione ideale: messi finalmente da parte i problemi economici, può dedicarsi allo studio dell’ibridazione anima e corpo.

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Gregor Mendel in abito talare in un ritratto divenuto un classico (Immagine: pubblico dominio)

 

Che cosa ha scoperto?

Tra il 1854 e il 1863, come riportato nel suo saggio del 1866, Mendel studia l’incrocio delle piante di Pisum sativum, il pisello odoroso, una pianta comune. Lo studio è vastissimo, avendo preso in considerazione oltre 28 mila individui, di cui 12.835 finiscono per essere la base di dati della sua pubblicazione, dopo un periodo di elaborazione statistica e revisione di quasi due anni.

All’inizio della ricerca c’è l’identificazione di sette “linee pure” di Pisum: varietà di pisello che differiscono per caratteri facilmente identificabili e molto visibili, come la forma del seme (liscio o rugoso), il colore del seme (giallo o verde), la forma del baccello (rigonfio o grinzoso), il  colore del baccello (giallo o verde), la posizione dei fiori (sul fusto o in cima), il colore dei fiori (bianco o rosa) e la lunghezza dei fusti (alti o bassi). Mendel incrocia individui appartenenti a linee diverse e annota che cosa succede a quei specifici tratti generazione dopo generazione. Mendel nota che incrociando individui con tratti diversi, se ne manifesta solo uno nella prima generazione F1 e viene quindi considerato dominante rispetto all’altro, detto recessivo.

Nella generazione successiva F2, tuttavia, il rapporto tra dominante e recessivo è di 3:1. Si tratta di una semplice distribuzione statistica di caratteri che vengono ereditati a coppie, uno dalla madre e uno dal padre: quando sono accoppiati un dominante e un recessivo a manifestarsi è il dominante. Il tratto recessivo si manifesta in quel caso su quattro in cui si incontrano due tratti recessivi. Da queste osservazioni, che si prolungano per generazioni e generazioni, con varie combinazioni di linee pure e ibridi, nascono le cosiddette leggi della genetica mendeliana, che nessuno ha compreso fino all’inizio del Novecento.

 

La nascita del mito: l’incrompreso

Mettere il lavoro di Mendel alla base della genetica moderna pone alcuni problemi storiografici. In uno studio pubblicato nel 2001, lo storico Randy Moore fa una specie di carrellata di tutti questi problemi. Osserva che il saggio di Mendel non è uno studio dell’eredità, ma dell’ibridazione, il vero argomento di discussione dell’epoca. Nelle sue 48 pagine non v’è traccia delle cosiddette leggi di Mendel e non c’è alcuna precognizione di gene, come invece alcuni agiografi hanno lasciato intendere. In più, c’è un problema terminologico. Mendel usa 150 volte il termine Merkmal, che potremmo tradurre in ‘tratto’. Usa solo una decina di volte il termine Elemente, ‘elemento’ in italiano, che indica una “sostanza sconosciuta che potrebbe produrre Merkmal”. Insomma, Mendel si concentra completamente sulla distribuzione dei tratti visibili, ma non è interessato in modo particolare al modo in cui essi si trasmettano da una generazione all’altra. Gli interessano gli ibridi, non il meccanismo di trasmissione dei tratti.

Moore, inoltre, smonta un altro mito, quello dell’isolamento di Mendel dalla comunità scientifica dell’epoca, per cui il suo lavoro sarebbe passato inosservato. Rimane vero che il monaco agostiniano è un dilettante, ma nell’Ottocento non mancano esempi di altri scienziati di primo piano che hanno esercitato fuori dall’accademia. In più, durante la sua formazione Mendel ha studiato a Vienna presso Christian Doppler (lo scopritore dell’omonimo effetto) e Andreas Von Ettinghausen, la cui teoria dell’analisi combinatoria ha avuto un peso specifico nel lavoro di Mendel. Inoltre, una volta pubblicato, il saggio sull’ibridazione viene fatto spedire a una quarantina di scienziati dell’epoca, Charles Darwin compreso. Addirittura, fino agli anni 2000 si è continuato a trovare successive stampe del saggio mandate da Mendel stesso a diverse istituzioni scientifiche, superando complessivamente quota cento. Solo uno dei destinatari, Karl von Nägeli, naturalista dell’università di Monaco, gli risponde e gli chiede se non si possano ripetere gli stessi risultati con un’altra pianta che stava studiando, lo Hiercium.

Il silenzio dimostra quindi che non è stato compreso dai contemporanei? Secondo Randy Moore si è trattato del tipico caso di una buonissima ricerca che nemmeno il proprio autore aveva il cuore di definire rivoluzionaria come si è fatto in seguito. Ci immaginiamo, quindi, insigni naturalisti e botanici che ricevono l’ennesimo buon lavoro e lo archiviano, non tralasciando, però, di citarlo alla bisogna (come mostrano le citazioni di Mendel in saggi successivi sull’ibridazione).

 

La nascita del mito: la riscoperta

Perché, allora, all’inizio del Novecento Tschermak, de Vries e Correns fanno praticamente a gara per arrogarsi la riscoperta di Mendel? La risposta non è semplice, ma ha fondamentalmente a che fare con la disputa scientifica che tra loro tre si è sviluppata a cavallo tra i due secoli.

Nel 1900 Tschermak scrive un articolo di sole sette pagine che è più che altro un riassunto della propria tesi di dottorato nel quale nota che i propri esperimenti confermano quanto già mostrato da Mendel, in accordo con de Vries e Correns. Tschermak conferma, quindi, i risultati di Mendel, ma non arriva a formulare principi, le leggi di Mendel. Addirittura, non entra nemmeno nel dettaglio della spiegazione del rapporto 3:1.

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Il trio di riscopritori di Mendel a inizio Novecento: (da sinistra a destra), Hugo de Vries, Carl Erich Correns e Erich Tschermak von Seysenegg (Immagine: blogdegenetica)

In contemporanea, Hugo de Vries si convince che i tratti vengono ereditati come unità indipendenti e nel marzo del 1900 pubblica un articolo di 52 pagine intitolato Sulla legge di segregazione negli ibridi negli atti dell’Accademia delle Scienze. Si tratta, nota sempre Randy Moore, di un lavoro estremamente simile nel metodo e nei risultati a quello di Mendel. de Vries, inoltre, adotta i termini ‘recessivo’ e ‘dominante’ introdotti dal monaco 35 anni avanti. Prima del 1900, però, de Vries ha idee leggermente diverse e, evidentemente solo dopo la lettura del saggio di Mendel, comincia a parlare di coppie di fattori ereditate da madre e padre. de Vries, più che un riscopritore di Mendel, sembra un ricercatore che ha ricalcato con il proprio lavoro quello di un altro, sperando di ricavarne qualcosa di buono per la propria carriera.

È a questo punto che si affaccia sulla scena Correns, probabilmente lo scienziato a cui molti dei meriti di Mendel dovrebbero essere attribuiti. È l’unico, fino a quel momento, ad aver fino in fondo capito il saggio di Mendel, probabilmente molto più di quanto non avesse fatto il suo stesso autore. Correns scopre il corretto rapporto 9:3:3:1 nella manifestazione nelle generazioni successive di due tratti; scrive apertamente di due tratti come ereditati da due unità separate; introduce una teoria dell’ereditarietà semplice, ma molto simile a quella che oggi chiamiamo genetica mendeliana; introduce il termine Anlage per descrivere un determinante discreto che si può trasmettere dal genitore ai figli: qualcosa di molto simile a ciò che oggi chiamiamo ‘gene’; è il primo ad avanzare l’ipotesi che i quattro diversi fenotipi prodotti dall’incrocio di due ibridi possa avvenire durante la meiosi.

Insomma, il più probabile vero riscopritore di Mendel è Correns. Non nel senso che prima del suo intervento il lavoro di Mendel fosse dimenticato in qualche oscura biblioteca dove nessuno lo leggeva, come mostrano i tentativi di Tschermak e de Vries di farne una propria scoperta. Il punto è che Correns è il primo che ha capito che i dati raccolti da Mendel potevano contribuire a spiegare l’ereditarietà dei tratti. Su di essi, quindi, affiancati dalla proprie ricerche, costruisce le proprie idee scientifiche che abbiamo elencato qui sopra. E dal punto di vista della comunicazione, Correns ha buon gioco a utilizzare Mendel per entrare nel dibattito con gli altri due e mostrare la superiorità della propria posizione. Così facendo, attribuisce a Mendel, forse senza volerlo, più meriti di quanti non ne abbia davvero avuti. Il risultato è che oggi noi parliamo della prima legge di Mendel anche se è stato Correns a formularla; parliamo di genetica mendeliana, quando non è forse mai esistita prima di Correns. Ancora una volta, la storia della scienza sembra indicare che le scoperte arrivano raramente per l’intuizione e il genio di uno solo. Più spesso la ricerca prende diverse direzioni contemporaneamente, a volte prendendo anche strade cieche, interpretando in maniera discutibile le ricerca precedenti, facendo passi a vanti, ma anche molti indietro e a lato. Sempre, le semplificazioni non rendono giustizia alla difficoltà dell’impresa scientifica.

Per approfondire

Sono molte le biografie di Mendel in circolazione. Una delle migliori è Il monaco nell’orto di Martin Hening Robin. Ma è molto interessante anche il ritratto breve scritto da Edward Edelson per la serie dei Portrait della Oxford University Press.

L’articolo di Randy Moore si intitola The “rediscovery” of Mendel’s work e lo si può trovare a questo indirizzo.

Immagine banner: Wikimedia Commons

[Da Aula di Scienze]

La «quadrupla elica» del DNA

Il luogo è sempre lo stesso: l’Università di Cambridge, in Gran Bretagna. L‘oggetto di ricerca, pure: il DNA. A cambiare sono i protagonisti. All’inizio degli anni Cinquanta, Francis Crick e James Watson vi scoprono la struttura a doppia elica del DNA e pubblicarono i loro risultati in un paper estremamente celebre, anche per la brevità, che uscì sulle pagine di Nature nel 1953. Sessant’anni dopo un gruppo di ricercatori guidato dall’italiana Giulia Biffi mostra come il DNA possa assumere anche una conformazione a “quadrupla elica”, dimostrando che questa possibilità si verifica anche nel genoma umano. I risultati sono stati da poco pubblicati su Nature Chemistry.

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