Distillazioni

Marshall Nirenberg-Rompere il codice

Marshall Nirenberg

Marshall Nirenberg.

Istituto di Storia della Scienza

Marshall Nirenberg voleva solo divertirsi al lavoro. Come mi ha detto nel 2009, ” Per divertimento, voglio dire che volevo esplorare un problema importante, e volevo scoprire le cose.”

Cinque decenni prima Nirenberg, vincitore del Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1968, affrontò un dilemma: cosa dovrebbe studiare? Gli era stato offerto un posto come biochimico di ricerca presso il National Institutes of Health e dopo qualche pensiero ha deciso di indagare la relazione tra acido desossiribonucleico (DNA), acido ribonucleico (RNA) e produzione di proteine.

“I migliori biochimici del mondo stavano lavorando sul meccanismo della sintesi proteica e i migliori biologi molecolari del mondo stavano lavorando su come i geni sono regolati in E. coli”, ha detto.

Il giovane sfacciato Nirenberg non aveva esperienza in entrambi i campi. Il suo dottorato di ricerca si è concentrato sul meccanismo di assorbimento di zucchero nelle cellule tumorali. Ma nel 1959, solo due anni dopo aver ottenuto il suo dottorato di ricerca e senza alcuna formazione come biologo molecolare, ha proposto di sondare il codice genetico.

La prima domanda di Nirenberg si è rivelata cruciale: esiste l’RNA messaggero—cioè, l’RNA potrebbe mediare la sintesi delle proteine?

L’interesse per il codice genetico stava bollendo in quegli anni, dopo che James Watson e Francis Crick elettrificarono il mondo rivelando il loro modello a doppia elica della struttura del DNA nel loro articolo su Nature del 1953. I due hanno riconosciuto che la struttura a doppio filamento potrebbe consentire la replica. Ma come potrebbe il DNA, composto da soli quattro nucleotidi diversi, determinare la composizione delle molte proteine negli organismi viventi? Questa domanda ha alimentato la corsa alla scoperta del codice genetico, attraverso il quale le informazioni codificate nel DNA vengono tradotte in proteine.

L’obiettivo iniziale di Nirenberg era quello di determinare il modello per la sintesi proteica. Senza formazione formale, senza personale e senza esperienza sul campo, è entrato in una gara in cui la posta in gioco professionale era alta.

Nirenberg ha collaborato con Heinrich Matthaei, un postdottorato tedesco. In una serie di esperimenti il contenuto cellulare di E. coli è stato aggiunto alle provette. “Ho chiesto a Heinrich di produrre 20 diverse soluzioni di aminoacidi, ognuna con 19 ‘freddi’ e un amminoacido radioattivo e di testare il poli U”, ha detto Nirenberg. Qualsiasi reazione mediata da RNA che coinvolge un amminoacido “caldo” produrrebbe una proteina “calda”.

Il successo arrivò alle tre del mattino del 27 maggio 1961, quando Matthaei aggiunse RNA sintetico (UUU o poli U) costituito da una sola delle quattro basi—uracile (U)—a ciascuna delle 20 provette e trovò un’attività insolita in una delle provette contenenti l’amminoacido “caldo” fenilalanina. L’uracile aveva dato le istruzioni della fenilalanina. Nirenberg, allora all’Università della California, Berkeley, tornò di corsa a Bethesda. I due avevano dimostrato che l’RNA messaggero trascrive le informazioni genetiche dal DNA, dirigendo l’assemblaggio di aminoacidi in proteine complesse. Una chiave per rompere il codice genetico—Rosetta Stone di biologia molecolare—era stata scoperta.

Nell’agosto del 1961 Nirenberg si recò a Mosca per presentare i suoi risultati al Congresso Internazionale di Biochimica. Come sconosciuto, solo 35 persone hanno partecipato al suo discorso. Ma in uno di quegli eventi fortuiti che cambiano tutto, Nirenberg aveva incontrato Watson il giorno prima e gli aveva parlato dei suoi risultati. Sebbene scettico, Watson consultò un collega, che riferì che le scoperte di Nirenberg erano reali. Watson lo trasmise a Crick, che organizzò per Nirenberg di presentare di nuovo il suo articolo. Questa volta ha ricevuto una standing ovation. “Per i prossimi cinque anni sono diventato come una rock star scientifica”, ha detto.

Ma anche le rock star devono produrre o rischiare di cadere fuori dai riflettori. Poco dopo il successo di Mosca di Nirenberg, i ricercatori del laboratorio di Severo Ochoa della New York University hanno dimostrato che altri polinucleotidi, o combinazioni delle quattro basi, dirigono l’incorporazione di aminoacidi nelle proteine. Il laboratorio di Ochoa era ora molto più avanti nella corsa per decifrare il codice genetico. Nirenberg si chiedeva come avrebbe potuto competere contro il gruppo di Ochoa di 20 scienziati.

Il giorno dopo aver appreso del successo di Ochoa, Nirenberg si imbatté in un collega, Robert Martin, che promise di “dare una mano” e interruppe il suo lavoro per mesi per sintetizzare polinucleotidi per Nirenberg.

Iniziò quella che Nirenberg definì “una strana collaborazione ininterrotta”. Maxine Singer, un altro collega NIH, ha fornito enzimi; Martin ha lavorato da metà pomeriggio a 1: 00 am; Matthaei ha lavorato durante la notte test per la sintesi proteica (quando i contatori di radioattività erano più probabilità di essere disponibili). Nirenberg ha lavorato il turno di giorno analizzando i dati generati dal ciclo di 24 ore. Alla fine del 1961 erano arrivati provvisoriamente a un gran numero di parole in codice.

Nirenberg ha costruito sull’esperimento poly-U originale in cui lui e Matthaei avevano decifrato la prima “parola” (UUU per fenilalanina) del codice genetico. Nel 1966 Nirenberg e il suo team avevano decifrato i 64 RNA parole in codice a tre lettere (codoni) per dirigere tutti i 20 aminoacidi.

Due anni dopo Nirenberg vinse il premio Nobel, che condivise con Har Gobind Khorana, che padroneggiò la sintesi degli acidi nucleici, e Robert Holley, che scoprì la struttura chimica dell’RNA di trasferimento.

Come premio Nobel Nirenberg ha ricevuto molte offerte di lavoro universitarie. Li ha rifiutati tutti. “Ho pensato che se andassi in un’università userei un terzo del mio tempo per scrivere borse di studio”, ha detto. “Pensavo di poter usare quel tempo in modo più produttivo facendo esperimenti.”Nirenberg è morto il 15 gennaio 2010, dopo una vita di divertimento che gli piaceva.

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