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I ricercatori hanno riprodotto al computer e studiato l'organizzazione interna del DNA dei virus

Il materiale genetico di tutti gli organismi, dall'essere umano sino ai batteri, è codificato in lunghi filamenti di DNA che il più delle volte sono soggetti a forti confinamenti spaziali. Per esempio, nel nucleo di ogni cellula umana, dal diametro di circa un centesimo di millimetro, si trovano filamenti di DNA che raggiungono più di un metro di lunghezza.

Anche i filamenti di DNA nei virus, lunghi in media qualche milionesimo di metro, sono fortemente impaccati all'interno di una capsula (capside) dal diametro 100 volte più piccolo e la loro organizzazione spaziale all'interno di questo contenitore è così intricata da generare nodi anche molto complessi (come se si cercasse di sistemare in maniera poco accorta una corda molto lunga all'interno di una scatola molto piccola: la volta seguente che si vorrà utilizzarla occorrerà molto più tempo per districarla ed estrarla).
Il forte impacchettamento (o confinamento) produce all'interno del capside pressioni dell'ordine di 50 atmosfere, (circa 10 volte superiori delle pressioni tipiche che si trovano nei sistemi viventi), necessarie ai virus per poter uscire dal capside e andare a infettare cellule sane.

Ma com'è possibile che la presenza di strutture fortemente intricate e annodate nel filamento di DNA non impedisca o quantomeno rallenti il processo d'espulsione e quindi d'infezione della cellula? Ciò è possibile solo se l'organizzazione spaziale all'interno del capside è tale da favorire il processo di scioglimento. Il DNA impacchettato, infatti, per poter uscire dal capside deve passare da uno stretto canale (coda del virus) con rischio di ostruzione se i nodi non si sciogliessero durante il processo di espulsione.
Nonostante i recenti progressi nelle tecniche di micromanipolazione e di bio-imaging non si aveva ancora a disposizione una completa caratterizzazione sperimentale dell'organizzazione spaziale del DNA virale quindi l'enigma della presenza e dello scioglimento dei nodi virali rimaneva irrisolto.

Il team di ricerca, che oltre a ricercatori di Losanna e della Florida State University comprende gli italiani Enzo Orlandini dell'Università di Padova, Davide Marenduzzo dell'Università di Edimburgo, Luca Tubiana e Cristian Micheletti della SISSA di Trieste, ha proposto un modello di organizzazione del DNA nel capside che chiarisce la modalità di impacchettamento e risolve l'enigma dei tappi topologici.

I ricercatori hanno dimostrato, attraverso simulazioni al computer, che l'organizzazione spaziale che ne risulta è quella in cui nodi (anche i più complessi) sono disposti lungo tutto il filamento piuttosto che stretti in piccole regioni dello stesso.
Il fenomeno della delocalizzazione dei nodi è ben noto nel gruppo di meccanica statistica del Dipartimento di Fisica dell'Università di Padova che lo ha scoperto e studiato in sistemi polimerici glubulari. Nel caso specifico questo fenomeno assume una notevole valenza biologica in quanto spiega l'enigma del processo d'infezione in presenza dei nodi. Infatti se i nodi non sono stretti a formare tappi ma si trovano lungo tutto il filamento, è possibile mostrare che essi si sciolgono naturalmente durante il rilascio mantenendo inalterata l'efficienza del processo d'infezione.

L'applicazione in campo biomedico è intuitiva: se si riuscisse ad alterare le proprietà topologiche del filamento in modo da formare nodi non facilmente scioglibili allora si rallenterebbe notevolmente il processo d'infezione rendendolo inefficace.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica americana PNAS - Proceeding of the National Academy of Sciences del dicembre scorso.


PER APPROFONDIRE:

DNA
Virus
Florida State University
Dipartimento di Fisica dell'Università di Padova


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Redazione

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