E' possibile estrarre DNA fossile dall'ambra? No. Una pietra tombale sui sogni di Jurassic Park

Jurassic park. Una pietra tombale sui sogni creati dal film

Diciamocelo. La sola possibilità di riportare in vita un T. Rex o, più saggiamente, un docile adrosauro partendo dal DNA ha affascinato molti. Che poi il libro di Michael Crichton avesse delle lacune teoriche non indifferenti (vedi box a fondo pagina) non era poi così importante. In fondo si trattava di un romanzo di fantascienza e non era il caso di rovinarsi il divertimento facendo le pulci ad uno che di Scienza vera doveva capirne avendo fatto il post-doc al Salk institute.

Tethyshadros insularis, appartenente alla famiglia degli
adrosauri (courtesy of Otherbranch)

Del resto la parte più affascinante del libro si basava su alcune scoperte reali come il ritrovamento nell'ambra di insetti fossili nelle cui viscere era presente DNA esogeno attribuito, data l'età del fossile, a dinosauri.
Che il fatto non sussistesse lo si scoprì però pochi anni dopo.

Era vero che il DNA fosse esogeno, non appartenendo all'insetto, tuttavia era riconducibile a quello del cromosoma Y di un vertebrato ben diverso dal dinosauro, l'uomo!

Il che non vuole dire che all'epoca in cui l'insetto visse i nostri antenati passeggiassero tranquillamente da quelle parti, infastiditi forse dai moscerini ma molto più preoccupati di non incontrare un velociraptor.

La spiegazione è molto più semplice ed è ben nota a chiunque abbia mai dovuto amplificare del DNA da campioni preziosi: la contaminazione del campione con il DNA dell'operatore.

Per questo genere di operazioni è fondamentale utilizzare ambienti non solo sterili ma soprattutto ripuliti da ogni traccia biologica diversa da quella del campione (lo stesso problema che ha una sonda mandata a cercare vita su Marte). Un approccio banale ma molto praticato in molti laboratori è quello di usare un operatore donna qualora la sequenza da amplificare sia unicamente presente nel cromosoma Y.

Ovviamente una precauzione del genere non è sufficiente quando il fine non è quello "banale" di identificare o amplificare del DNA noto, ma quello di recuperare qualcosa di vagamente noto presente in un campione fossile e per di più forse unico. In queste condizioni è essenziale implementare precauzioni simili a quelle garantite, per asetticità e pulizia, dalle aree dette Biosafety Level 4 (in cui si maneggiano i virus letali) dove il contatto fisico tra il campione e l'ambiente esterno è nullo. Questo solo per dare un'idea della non banalità delle procedure necessarie per ottenere dati affidabili.

Una volta risolto il problema della contaminazione rimane una cosa fondamentale da valutare: può l'ambra preservare il DNA per un periodo di tempo così lungo affinchè sia utilizzabile?

Insetto conservato in copale
(D. Penney, Univ. of Manchester )

Questa è la domanda sensata a cui ha cercato di rispondere il team della università di Manchester guidato da David Penney in collaborazione con Terry Brown, un esperto di paleo-DNA. Una ricerca resa possibile dalle moderne tecniche di sequenziamento ad alta sensibilità raggruppate sotto il nome di "Next Generation Sequencing", i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista The Public Library of Science ONE ( PLoS ONE).

I ricercatori inglesi si sono concentrati sugli insetti imprigionati nel copale, una resina vegetale simile all'ambra ma molto più giovane. Il concetto è semplice. Se esiste nell'ambra del DNA di qualità sufficiente da poter essere analizzato, a maggior ragione questa qualità minima dovrà esistere nel copale, che dell'ambra è lo stadio iniziale.

Usare il copale è vantaggioso per un duplice motivo: 

1. i campioni contenenti insetti sono estremamente abbondanti e coprono un arco temporale sufficientemente esteso (da 60 anni a 10 milioni di anni) da permettere, in teoria, di definire i limiti di invecchiamento perchè l'analisi del campione sia fattibile; 
2. se non funziona con il copale è inutile utilizzare i campioni ben più rari di insetti in ambra.

Come spiegato in apertura, la ricerca è stata condotta indossando i classici indumenti protettivi della genetica forense, e all'interno della struttura dedicata all'isolamento del paleo-DNA, presso la locale università. Una struttura che comprende una serie di laboratori, isolati e indipendenti, ciascuno dotato di un sistema di aerazione ultrafiltrato e a pressione positiva (nei laboratori a contenimento virale invece la pressione è negativa visto che nulla deve uscire).

Un'altra differenza sostanziale rispetto agli esperimenti condotti nel 1990, è che non ci si è basati su tecniche di PCR (amplificazione a catena mediata da DNA polimerasi), intrinsecamente in grado di favorire il DNA "moderno" in quanto meno danneggiato, ma si è proceduto direttamente a sequenziare ogni DNA presente nel campione, senza preferenze quindi per la dimensione dei frammenti presenti. Solo in un secondo momento si è proceduto alla caratterizzazione di ciascuna delle sequenze ottenute mediante analisi cumulativa al computer.

I risultati del team sono inequivocabili: non è possibile trovare sequenze di DNA sufficientemente integre, da essere utilizzabili, nemmeno in fossili di insetti molto più recenti di quelli presenti nell'ambra (130 milioni di anni).

Ciò pone una pietra tombale sulla possibilità, anche con future tecniche di analisi ancora più sensibili, di isolare DNA da campioni così vecchi.

Nota. Scrivevo in apertura delle incongruenze scientifiche più grossolane presenti nel libro Jurassic Park, e di come io, all'epoca studente di biologia molecolare, ne discutessi stupito con altri colleghi. Cito solo le due principali:

• i ricercatori decidono di "riempire" i buchi presenti nel DNA di dinosauro danneggiato con sequenze di DNA prelevate da anfibi. Il che è alquanto curioso visto che la distanza evolutiva tra un anfibio e un rettile è troppo ampia. La soluzione più ovvia sarebbe stata quella di utilizzare i diretti discendenti dei dinosauri, cioè gli uccelli. Come si vede dalla figura sotto sono gli uccelli e non i rettili attuali (lucertole, serpenti) a discendere dai dinosauri. Perchè allora scegliere gli anfibi? Un mistero. Certamente deve avere influito la poca spettacolarizzazione di usare il DNA di una gallina come surrogato del DNA di dinosauro. 

• Altro stratagemma narrativo dell'autore fu di creare dei dinosauri knock-out per il/i gene/i responsabili della sintesi della lisina, uno degli aminoacidi detti essenziali in quanto non sintetizzabili dalle cellule nei vertebrati (quindi necessari nella dieta). Nessun problema sulla creazione di animali knock-out visto che è una tecnica in uso da molti anni. L'incongruenza, anche questa duplice, è invece teorica. In primis non essendo il vertebrato in grado di sintetizzare la lisina non si vede in che modo uno possa distruggere questa capacità! Ma ipotizziamo pure che per qualche mistero evolutivo i dinosauri fossero dotati come le piante della capacità di sintetizzare la lisina (nelle piante i geni necessari per questo sintesi sono nove). In questo caso avrebbe avuto senso fare un K.O. di uno qualsiasi di questi geni; tuttavia la sopravvivenza dei dinosauri modificati NON sarebbe stata vincolata agli integratori con lisina forniti dai "guardiani" del parco. Sarebbe bastato loro fare quello che facciamo tutti noi, cioè cibarsi di animali (meglio) o piante per assimilare la lisina. Una precauzione alquanto demenziale se lo scopo era impedire all'animale di sopravvivere fuori dall'isola.

Fonti

- Absence of Ancient DNA in Sub-Fossil Insect Inclusions Preserved in ‘Anthropocene’ Colombian Copal.

D. Penney et al,  PLoS One. 2013 Sep 11;8(9):e73150

- The final nail in the Jurassic Park coffin

University of Manchester, news