Dna: leggerlo velocemente grazie alla fisica quantistica

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Leggere velocemente e a basso costo il Dna: una conquista sempre più vicina oggi grazie ai ricercatori del Biodesign Institute dell’Arizona State University (Usa) guidati da Stuart Lindsay, i quali hanno dimostrato la possibilità che molecole test possano riconoscere velocemente le basi del Dna sfruttando il fenomeno della fisica quantistica chiamato ‘effetto tunnel’. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Nanotechnology.

Leggere velocemente il Dna è una delle sfide della ricerca scientifica perché consentirebbe diagnosi precoci di malattie, design di farmaci mirati (si pensi solo ai chemioterapici, il cui grande limite è la scarsa selettività, che causa tanti e spesso gravi effetti collaterali), ma anche interventi della genomica sulle cellule per incrementarne la resistenza a batteri e virus. L’importanza di questa scoperta dunque è grande perché apre molte porte in questa direzione.

L’effetto tunnel, su cui si basa il lavoro, è un fenomeno quantistico (che riguarda dunque il mondo subatomico) secondo il quale una particella può avere l’energia per attraversare un ostacolo anche se non ce l’ha. Quest’affermazione, che può sembrare una contraddizione, riflette in realtà una legge che vige a queste dimensioni. Pertanto è possibile che si generi una corrente elettrica anche se gli elettroni non hanno l’energia sufficiente per muoversi.

Su questo si basano non solo moltissimi fenomeni fisici indispensabili alla vita (ad esempio la temperatura presente nel Sole non sarebbe sufficiente ad innescare le reazioni nucleari che gli consentono di sopravvivere), ma anche importanti tecnologie come il microscopio chiamato appunto ‘a effetto tunnel’, che permette la visualizzazione a risoluzione atomica di superfici di materiali conduttori e semiconduttori.

Ed è quasi come quello di un microscopio il principio di funzionamento su cui si basa la scoperta di Lindsay e i suoi collaboratori. Infatti, avvicinando le molecole cosiddette test (sintetizzate) a opportune distanze (estremamente ridotte) rispetto alle basi del Dna da leggere, si genera una corrente elettrica dovuta al 'salto' dei loro elettroni.

Tale corrente viene letta da opportuni elettrodi e da essa si ricavano rapidamente informazioni sulla natura delle molecole che costituiscono il Dna. Il metodo, che sfrutta le naturali interazioni tra le molecole test, scelte in modo opportuno, e la molecola che determina l’ereditarietà, è stato chiamato da Lindsay ‘riconoscimento a tunnel’ ed è così sensibile da rilevare anche eventuali minimi cambiamenti che la natura talvolta opera sul Dna, noti come ‘modificazioni epigenetiche’, per indicare che, pur essendo ereditabili, non influenzano la sequenza dei geni ma solo la loro attività, e che comunque sono reversibili. E tutto questo senza interferenze dovute alle basi vicine.

Lindsay sottolinea che comunque ancora molto lavoro deve essere fatto prima di rendere il metodo realmente applicabile alla lettura veloce di una lunga sequenza di Dna. “Per ora possiamo solo leggere due o tre basi appena la molecola test si avvicina e alcune basi sono identificabili con maggiore accuratezza di altre”. Lo scienziato precisa inoltre che l’importanza dello studio risiede nell’aver "dimostrato la base fisica del fenomeno che consente di stabilire la reale possibilità che la tecnica possa essere estesa su larga scala". Si attende peraltro di poter migliorare a questo scopo le molecole test e ipotizza l’implementazione di un sistema informatico che automatizzi il metodo.

Roberta De Carolis

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