FRIEDRICH MIESCHER E LA SCOPERTA DEL DNA

A Cambridge c’è un vecchio pub chiamato The Eagle, diventato negli ultimi 50 anni un luogo simbolico e meta obbligata per molti biologi. Sembra infatti che proprio in questo pub, Francis Crick proclamò con una certa enfasi “We have discovered the secret of life!”. Era il 1953.

Quando si parla di molecola della vita il riferimento al DNA è immediato: e parlando di DNA il riferimento a Francis Crick e James Watson lo è altrettanto. Tuttavia, abbinare i loro nomi alla scoperta del DNA è un errore frequente, che avviene anche in articoli pubblicati in prestigiose riviste scientifiche come “Nature” (Nature 468, p. 897). In realtà Watson e Crick, insieme a Maurice Wilkins, il sempre dimenticato della triade di premi Nobel, decifrarono “soltanto” la struttura della molecola del DNA nonchè il meccanismo con cui l’informazione in essa contenuta viene trasmessa inalterata (o quasi, come dimostrano le mutazioni).

La scoperta della molecola del DNA, invece, risale al 1869 - quasi un secolo prima della pubblicazione del lavoro di Watson e Crick - grazie alla ricerca di un medico svizzero, Johann Friedrich Miescher. La scoperta di Miescher si colloca in un periodo importante per le scienze biologiche: dieci anni prima, infatti, Charles Darwin aveva pubblicato la prima edizione de “L’origine della specie”. Qualche anno dopo Darwin, Gregor Mendel aveva formulato le leggi fondamentali sull’ereditarietà dei caratteri acquisiti e pubblicato i propri risultati ponendo le basi per la moderna genetica.

Nato nel 1844 e cresciuto in una famiglia di scienziati (il padre e lo zio materno erano medici nonchè professori di anatomia e fisiologia all’Università di Basilea), Miescher iniziò gli studi di medicina a 17 anni e si laureò a 23. A differenza del padre decise di intraprendere la strada della ricerca biochimica, convinto che “le ultime domande ancora aperte riguardanti lo sviluppo dei tessuti possono essere risolte solo con la chimica”. Nel 1868 si trasferí a Tübingen, nella regione tedesca del Baden-Württemberg, dove il suo mentore, il biochimico Felix Hoppe-Seyler, aveva appena creato il primo laboratorio al mondo di biochimica. La sede del laboratorio era il castello medievale che domina ancora oggi la cittadina tedesca. Qui Miescher, in una stanza precedentemente adibita a cucina (nella foto scattata nel 1879 da Paul Sinner), iniziò quegli esperimenti che lo portarono a scoprire ed isolare, quasi per caso, la molecola del DNA.

Lo scopo iniziale della ricerca di Miescher era infatti la caratterizzazione della composizione chimica delle cellule. Per far questo, Miescher scelse come campioni di studio i leucociti o globuli bianchi, le cellule deputate alla risposta immunitaria ed il cui numero aumenta in presenza di infezioni. Miescher isolò i leucociti partendo da una fonte all’epoca molto abbondante: le bende ricche di pus - quindi di leucociti - provenienti da pazienti operati nel vicino ospedale di Tübingen; non esistendo ancora gli antisettici, le bende infette erano quindi una costante fonte di materiale biologico.
Per prima cosa, Miescher mise a punto una procedura per lavare le bende isolando le cellule senza però danneggiarle. Successivi trattamenti gli permisero di isolare i lipidi e le proteine. La caratterizzazione delle proteine, che era uno degli scopi primari della ricerca di Miescher, risultò tuttavia essere un’impresa impossibile date le inadeguate tecniche di indagine e le strumentazioni poco sensibili di allora. Fu però proprio durante una delle fasi di purificazione che Miescher isolò una sostanza dalle proprietà chimiche peculiari. Questa sostanza era acida e conteneva una grande quantità di fosforo, caratteristica mai trovata nelle proteine note a quei tempi. Queste ed altre proprietà convinsero Miescher di aver identificato un nuovo tipo fondamentale di sostanza cellulare. In effetti, egli aveva isolato per la prima volta la molecola del DNA.

Miescher si chiese da dove potesse provenire tale sostanza e ben presto dimostrò che era contenuta nei nuclei, compartimenti cellulari ben visibili al microscopio ma la funzione dei quali era del tutto ignota ai biologi di allora. Per questo motivo a tale molecola fu dato il nome di ‘Nuclein (nucleina)’, termine che è rimasto nell’attuale nome di acido desossi (o deossi) ‘ribonucleico’ dato al DNA. Miescher dimostrò che la nucleina era presente in tutti i tipi cellulari di tutti gli organismi da lui analizzati. Successivamente utilizzò anche lo sperma di salmone come fonte di nucleina al posto dei leucociti, poichè più semplice da purificare e disponibile in maggior quantità.
Miescher continuò a lavorare sulla nucleina formulando diverse ipotesi sulla sua funzione. Dimostrò che la quantità di nucleina aumentava quando le cellule andavano incontro a divisione, suggerendo che la nucleina si duplicava anch’essa insieme alle cellule e passava di conseguenza alle cellule figlie. Benchè convinto che la nucleina fosse in qualche modo coinvolta nel processo di fecondazione (essendone gli spermatozoi particolarmente ricchi), Miescher non riteneva che fosse coinvolta anche nella trasmissione dei caratteri acquisiti. Era opinione di Miescher che, poichè la nucleina estratta da cellule di specie diverse mostrava identiche proprietà chimiche, non potesse essere responsabile dell’acquisizione delle caratteristiche specifiche di ogni organismo o specie. Miescher fece ricerche anche in altri settori, quali ad esempio la fisiologia ma la sua carriera si interruppe prematuramente nel 1895 quando, contratta la tubercolosi, lo scienziato si spense in un sanatorio a Davos all’età di 51 anni.

Ci si chiede come mai, nonostante la sua scoperta, il nome di Friedrich Miescher ancora oggi non sia universalmente associato al DNA. La comunità scientifica venne a sapere dell’esistenza del DNA per la prima volta nel 1871, grazie alla pubblicazione dello scienziato svizzero, ma il suo lavoro fu pressochè ignorato. Un motivo fu che Miescher non si dimostrò mai buon comunicatore. Ad esempio, il titolo scelto per la sua pubblicazione “Sulla composizione chimica delle cellule pus” catturò ben poco l’attenzione. Inoltre, Miescher non fu mai interessato a promuovere le proprie scoperte. Il suo carattere estremamente introverso e la sua tendenza ad interagire poco con i colleghi lo portarono ben presto ad isolarsi. Alla fine, pochissimi studenti scelsero di frequentare il suo laboratorio.
Così scrisse Francis Crick poco dopo aver proposto il modello a doppia elica del DNA: “Il DNA e l’RNA esistono sulla terra da molti milioni di anni. Per tutto questo tempo la doppia elica è stata presente ed attiva. Ora siamo le prime creature sulla terra ad essere consapevoli della sua esistenza”. Questo grazie anche a Friedrich Miescher.