Centro Studi e Ricerche Artecultura 7: aprile 2021

martedì 27 aprile 2021

COS'E' UN VIRUS '

Cos’è un Virus? https://www.my-personaltrainer.it/imgs/2020/09/18/virus-2-orig.jpegShutterstock Un virus è un parassita intracellulare obbligato, cioè capace di vivere e riprodursi solo all'interno di cellule viventi. Si tratta, infatti, dell'entità biologica più diffusa sulla Terra. I virus non sono in grado di effettuare in autonomia nessun processo metabolico: contengono solo parte dell'informazione genetica necessaria per la loro moltiplicazione. Il loro acido nucleico - il DNA o l'RNA virale - codifica solo le proteine strutturali (che costituiscono il rivestimento del virus) e alcuni enzimi necessari per la replicazione del materiale genetico. Tutte le altre funzioni (sintesi proteica, produzione di energia ecc.) sono fornite dalla cellula infettata. Virus Definizione Un virus è una particella infettiva formata da acido nucleico (materiale genetico) e da un rivestimento proteico (capside). Per virione s'intende una particella virale completa. Virus = Veleno La parola virus deriva dal corrispettivo termine latino che significa "veleno"; questa denominazione risale ad epoche del passato, quando ancora non esistevano microscopi per "vedere" gli agenti virali submicroscopici, rendendo impossibile definire la loro natura con esattezza. I Virus Sono una Forma di Vita? La domanda è da molto tempo oggetto di dibattito nella comunità scientifica. Partiamo dal presupposto che la definizione di "essere vivente" deve rispettare i seguenti criteri: è in grado di riprodursi, cresce e si sviluppa, si adatta all'ambiente, reagisce agli stimoli esterni ed è capace di trasformare l'energia. I virus: Non crescono e non si dividono – si assemblano da componenti preformate Non reagiscono all'ambiente (fuori dalle cellule sono metabolicamente inerti) Non respirano Non si muovono Non producono energia MA: Si riproducono Possono adattarsi all'ospite Inoltre, i virus evolvono mutando e presentano le stesse macromolecole biologiche (proteine e DNA o RNA) dei cellule viventi, ma necessitano di quest'ultime per replicarsi e diffondersi. I virus potrebbero essere considerati, quindi, una forma ibrida tra il vivente e il non-vivente. Biologia e Caratteristiche dei Virus Virus Dimensioni Un singolo virus (virione) è circa 100 volte più piccolo di una cellula: le dimensioni possono variare dai 20 ai 300 nanometri (miliardesimi di metro). Per questo motivo, i virus non sono visibili al microscopio ottico, ma solamente a quello elettronico, dove mostrano ampie escursioni non solo nelle dimensioni, ma anche nella forma, che può essere sferica, simile ad un "veicolo per l'atterraggio lunare", a bastoncino ecc. Virus: Dove si Trovano? https://www.my-personaltrainer.it/imgs/2020/09/18/esempi-di-virus-orig.jpegShutterstock In natura, esistono moltissimi virus: se ne stimano oltre 100 milioni di tipologie differenti. Nel complesso, i virus infettano qualsiasi tipo di cellula e ogni organismo vivente (uomini, piante, animali, funghi e microrganismi, batteri inclusi), provocando una notevole varietà di malattie, come il raffreddore, l'influenza e la poliomielite; altre specie sono, invece, prive di potere patogeno e non causano alcuna malattia. I virus si trovano praticamente ovunque: nelle zone più inospitali del nostro pianeta, nelle profondità dell'oceano, nei ghiacci del Polo ecc. Pur essendo incapaci di riprodursi, i virus possono comunque sopravvivere nell'ambiente esterno, anche se possono conservarsi per un tempo limitato; il virus dell'influenza, per esempio, può persistere per ore al di fuori del corpo, specialmente in condizioni di freddo e bassa umidità. Capacità Infettiva dei Virus Per quanto concerne la capacità infettiva, i virus sono in genere fortemente specie e tessuto specifici, cioè la replicazione virale si svolge preferenzialmente in un organo o apparato di esemplari appartenenti ad una certa specie. Soltanto alcuni virus possono causare malattie sia nell'uomo, che in alcuni animali (zoonosi), mentre ancor meno sono quelli capaci di infettare sia animali, che vegetali. I virus sono trasportati passivamente, finché non incontrano una cellula da infettare: quando ciò accade, le molecole presenti sul rivestimento virale esterno (capside o pericapside) si attaccano a specifici "recettori" presenti sulla superficie della cellula ospite. Quest'interazione permette alla particella virale d'introdurre il proprio materiale genetico all'interno della cellula ospite e di sfruttarne i "sistemi" per produrre le proteine necessarie a costruire nuove copie del virus. Che Differenza c’è tra Virus e Batteri? La prima grande differenza tra virus e batteri è che quest'ultimi sono microrganismi monocellulari che, nelle condizioni adeguate, sono in grado di vivere e riprodursi autonomamente. I virus sono, invece, dei parassiti veri e propri: non hanno un metabolismo autonomo e hanno come unico compito quello di trasferire il loro patrimonio genetico da una cellula all'altra di un organismo ospite, trasmettendo così l'infezione. I batteri presentano dimensioni da 100 a 1.000 volte superiori rispetto ai virus e possono essere osservati con un comune microscopio ottico; per visualizzare i virus è necessario, invece, un microscopio elettronico che amplifica il campo visivo di 100.000 volte. In base alla colorazione di Gram, i batteri vengono distinti in: Gram positivi: ne sono esempio i batteri "buoni" come i lattobacilli e patogeni come clostridi, stafilococchi e streptococchi; Gram negativi: comprendono batteri in grado di provocare malattie molto gravi come la peste, il colera e varie forme di meningite. Non tutti i batteri sono, patogeni: alcuni vivono in simbiosi con l'organismo ospite e sono utili per lo svolgimento di alcune funzioni metaboliche e per le difese immunitarie, come nel caso del microbiota umano. Altra differenza sta nelle armi di difesa che disponiamo per difenderci dalle infezioni: quelle batteriche possono essere gestite in modo mirato e corretto con gli antibiotici. Per le infezioni virali, invece, la terapia è quasi sempre sintomatica, cioè volta ad attenuare i sintomi come febbre, dolore o altro ancora. Ad oggi, infatti, disponiamo di farmaci antivirali efficaci solo per un numero limitato di infezioni. Importante rimane, invece, il ruolo delle vaccinazioni per la prevenzione di molte malattie sia virali, sia batteriche. Qualche esempio Infezioni virali: influenza, raffreddore, epatite, morbillo; Infezioni batteriche: tifo, pertosse, meningite meningococcica, polmonite meningococcica. Struttura dei Virus I virus sono microrganismi acellulari, poiché privo delle tipiche strutture cellulari; per questo motivo, non possono riprodursi da soli e per replicarsi devono invadere una cellula vivente e sfruttare intermedi metabolici, enzimi e organelli di quest'ultima. La struttura elementare di un virus è semplice: la particelle infettiva è composta da un core interno, contenente il genoma virale (cioè RNA o DNA), racchiuso da un rivestimento proteico, detto capside. https://www.my-personaltrainer.it/imgs/2020/09/18/capside-e-acido-nucleico-virus-orig.jpegShutterstock Alcuni agenti virali possiedono anche un involucro lipidico e glicoproteico più esterno al capside (pericapside o envelope) in cui sono presenti proteine, lipidi, carboidrati e tracce di metalli; altri ne sono sprovvisti (virus nudi). Fra capside e pericapside si può avere il tegumento. L'envelope è costituito da un doppio strato lipidico derivante dalle membrane cellulari (es. ribovirus) o nucleari (es. herpes) modificate durante l'infezione con l'inserimento di glicoproteine virali. Le glicoproteine che si proiettano verso l'esterno (spike) sono la maggior sorgente antigenica dei virus con envelope e riconoscono i recettori cellulari. Da ricordare L'envelope deriva dalla cellula; le proteine del capside e le glicoproteine inserite nell'envelope sono di origine virale. Composizione Chimica I virus sono costituiti da: Proteine: è la componente maggiore (fino ad oltre il 90%). Le proteine virali svolgono ruoli funzionali (ad esempio, permettono la replicazione dell'acido nucleico) e strutturali; alcune alterano alcune funzioni delle cellule ospite, altre sono strettamente associate agli acidi nucleici. Acido nucleico: DNA o RNA (1-15%). I virus dotati di pericapside (o envelope) hanno anche lipidi (10-30%) e carboidrati (glicoproteine). Virus: Capside e Pericapside In base alla natura del rivestimento, sono da distinguersi: Virus nudi: possiedono unicamente il capside, il rivestimento proteico del genoma che lo protegge dall'ambiente esterno; Virus rivestiti: sono dotati di capside e pericapside. Di solito, i virus con envelope sono meno stabili nell'ambiente di quelli a capside nudo. Il capside è una struttura rigida e resistente, caratterizzato dalla ripetizioni di poche specie differenti di capsomeri (subunità proteiche) disposti con simmetria elicoidale, icosaedrica, binaria oppure complessa. Il capside ha la funzione di proteggere il materiale genetico virale e riconoscere i recettori della cellula ospite, per consentire l'ingresso all'interno della cellula ospite la penetrazione. https://www.my-personaltrainer.it/imgs/2020/09/18/virus-struttura-orig.jpegShutterstock Il meccanismo con cui il virus agisce prevede, infatti, che esso penetri e si "svesta" del capside (uncoating), liberando il proprio acido nucleico (DNA o RNA). Il materiale genetico virale potrà essere così copiato utilizzando gli enzimi della cellula ospite. Le nuove particelle virali formatesi all'interno della cellula fuoriescono per infettare altre cellule: Alcuni virus vengono eradicati dal sistema immunitario dopo la fase acuta dell'infezione (come accade, per esempio, nel caso del raffreddore); Altri virus danno luogo, invece, ad infezioni persistenti: Latenti: l'agente virale in alcuni momenti replica, mentre in altri si sposta in altri distretti della cellula o dell'organismo dove rimane silente fino a quando, in seguito ad opportuni stimoli, ritorna a moltiplicarsi (es. herpes virus); Croniche: l'agente virale rimane nella cellula per un lungo periodo, dove rilascia in modo lento e continuo nuovi virus, portando alla cronicizzazione della malattia (es. HIV). Virus: Acido Nucleico L'acido nucleico - che può essere DNA oppure RNA - va a determinare la complessità del virus, poiché ne costituisce il genoma: alcune particelle virali hanno genomi che codificano per poche proteine, altri che codificano per moltissime (da 3-4 fino a circa 100). Da questo punto di vista, esistono molte classi di virus: I virus a DNA, chiamati desossiribovirus, vengono classificati in: Virus a DNA a doppia elica lineare; Virus a DNA a doppia elica circolare (es. papovavirus); Virus a DNA a singola elica (es. parvovirus). I virus a RNA, detti ribovirus, vengono classificati in: Virus a RNA a singola elica lineare; Virus a RNA a doppia elica; Virus a RNA frammentato (es. ortomixovirus); Durante il loro ciclo replicativo, alcuni virus presentano anche forme ibride DNA-RNA (virus a RNA a singola elica con intermedio a DNA). Questa notevole varietà nel genoma virale impone l'esistenza di strategie replicative piuttosto diversificate, spesso lontane dall'assioma "dal DNA all'RNA, dall'RNA alle proteine" che vige per le cellule procariotiche ed eucariotiche (in cui il genoma è costituito solo da DNA). Fra i ribovirus, ad esempio, occorre distinguere fra quelli a polarità positiva e quelli a polarità negativa: i primi hanno un RNA che non funge da messaggero, ma da stampo per gli RNA messaggeri (mRNA); i secondi danno un RNA che funziona direttamente come messaggero. A volte, come anticipato, l'acido nucleico può associarsi a proteine di natura enzimatica, importanti per la replicazione del virus. Genetica Virale I virus sono in continua evoluzione, con l'emergenza di nuove caratteristiche genetiche (mutazioni, ma non solo) e la loro stabilizzazione negli ospiti infettati. Le nuove caratteristiche sorgono casualmente, durante la replicazione del genoma; se il cambiamento non altera le capacità replicative del virus, si potrà trasmettere alla progenie virale. Tracce di Virus nel Genoma Umano I virus sono da sempre, e lo saranno anche in futuro, tra i principali protagonisti dell'evoluzione delle specie (uomo incluso): causando malattie, epidemie e, talvolta pandemie, influenzano la selezione naturale, in modo più o meno favorevole dal punto di vista biologico. Il tasso di mutazione virale produce nuovi geni che, talvolta, possono essere incorporati nel genoma di una cellula ospite e diventarne parte integrante. Lo stesso genoma umano possiede sequenze e frammenti di origine virale, accumulatesi nel corso di milioni di anni di storia evolutiva. Mutazioni Virus a DNA e Virus a RNA La distinzione tra i virus a DNA e virus a RNA è molto importante: l'RNA è una molecola molto più instabile del DNA e consente ai virus di mutare più facilmente, quindi evolvono ad una velocità decisamente maggiore rispetto a quelli a DNA. Di conseguenza, i virus a RNA riescono ad eludere più facilmente la difesa del sistema immunitario, delle terapie e dei vaccini. Occorre osservare che le mutazioni raramente sono vantaggiose: spesso, infatti, sono letali, deleterie o indifferenti per il virus. Anche i virus a DNA manifestano una certa capacità di generare varianti diverse, subendo limitate modificazioni a livello di siti specifici (hot spot). Il tasso di mutazione dei virus a DNA sono simili a quelli della cellula eucariote, in quanto le DNA polimerasi hanno attività di proof-reading (correzione). Oltre alle mutazioni sono possibili ricombinazioni (scambio di materiale genetico fra virus diversi e correlati che si trovano nella stessa cellula) e riassortimento (nei virus con genoma segmentato). VIRUS A DNA VIRUS A RNA Virus del papilloma umano (responsabili di verruche e condilomi acuminati e correlato al tumore della cervice uterina) Virus erpetici (come herpes simplex responsabiledell'herpes labiale e genitale; herpes zoster della varicella e del fuoco di sant'Antonio) Virus del vaiolo Virus del mollusco contagioso Virus dell'epatite B Epstein Barr Virus (responsabile della mononucleosi infettiva e correlato al linfoma di Burkitt) Adenovirus Virus del morbillo Virus della parotite o orecchioni Virus respiratorio sinciziale Virus dell'influenza Virus della rabbia Virus dell'epatite A Virus del raffreddore comune (causato da oltre 200 tipi diversi di virus) Virus della poliomielite Virus della rosolia HIV Virus della SARS West Nile virus Ebola Molti differenti tipi di virus, per esempio agente Norwalk e rotavirus, che causano disordini gastrointestinali Infezioni da Virus – Infezioni Virali I virus possono causare sintomi e disturbi: Locali a carico di diversi apparati (es. respiratorio, digerente o urogenitale) o Generali (sistemici) qualora si diffondano in tutto l'organismo. Come si Trasmettono i Virus? Le modalità di trasmissione sono svariate: i virus possono infettare per via aerea, alimentare, attraverso rapporti sessuali o attraverso vettori (soprattutto insetti come le zanzare). I virus respiratori, come ad esempio l'influenza o il raffreddore, si diffondono attraverso le goccioline di saliva o di secrezioni, prodotte con tosse e starnuti (droplets) di persone con l'infezione in corso. Altri virus sono in grado di contagiare per via parenterale o attraverso contatti tra le mucose o con sangue e altri fluidi corporei, come ad esempio epatite B, C e HIV. I virus a trasmissione oro-fecale si contraggono con l'ingestione di cibo, acqua o altro contaminato da materiale fecale (es. poliomielite o rotavirus). Esistono agenti virali, poi, di provenienza quasi prettamente alimentare, come epatite A e epatite E. Anche gli animali domestici possono trasmettere virus: il caso più famoso è probabilmente quello della rabbia. In ogni caso, la presenza di un indebolimento generale dell'organismo o un'immunodepressione può facilitare le infezioni da virus e peggiorarne il decorso. Altri articoli su "Virus" Struttura dei virus e classificazione Moltiplicazione dei virus Malattie causate da virus e farmaci antivirali

DNA O RNA

Ipotesi del mondo a RNA Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. Jump to navigationJump to search L'ipotesi del mondo a RNA è una teoria che propone la presenza di forme di vita basate esclusivamente sull'RNA (acido ribonucleico) prima della formazione degli attuali organismi viventi basati soprattutto sul DNA (acido desossiribonucleico). Secondo tale ipotesi, dal mondo ad RNA si sarebbe poi evoluto il corrente sistema comprendente anche DNA e proteine, che rispetto al solo RNA presentano notevoli vantaggi in termini di stabilità e flessibilità. Indice 1 Storia 2 L'ipotesi e le proprietà dell'RNA 2.1 RNA come enzima 2.2 RNA nella conservazione dell'informazione 2.2.1 Confronto tra la struttura del DNA e dell'RNA 2.2.2 Limiti nella conservazione dell'informazione nell'RNA 3 Valore dell'ipotesi 3.1 Argomenti a favore 3.2 Argomenti contrari 4 Il mondo ad RNA nel dettaglio 4.1 Meccanismi di sintesi prebiotica dell'RNA 5 Altre ipotesi 6 Implicazioni correlate al mondo ad RNA 7 Note 8 Bibliografia 9 Voci correlate 10 Collegamenti esterni Storia La dicitura mondo a RNA (RNA world nell'originale inglese) fu utilizzata per la prima volta dal premio Nobel Walter Gilbert nel 1986 in un articolo di commento sulle funzioni catalitiche di numerose forme di RNA che, proprio in quel periodo, iniziavano ad essere messe in evidenza all'interno della comunità scientifica.[1] In ogni caso, l'idea di una vita ad RNA indipendente da DNA e proteine era stata già formulata due decenni prima nel libro del 1968 The Genetic Code[2] di Carl Woese. Un'idea del genere era stata comunque già lanciata nel 1963 dal biologo molecolare Alexander Rich, del Massachusetts Institute of Technology, che ne parlò in un articolo inserito in un volume pubblicato in onore del premio Nobel Albert Szent-Györgyi[3]. L'ipotesi e le proprietà dell'RNA Secondo l'ipotesi del mondo ad RNA, tale macromolecola potrebbe esser stata originariamente l'unica responsabile della vita cellulare o pre-cellulare. Alcune teorie relative all'origine della vita presentano l'informazione e la catalisi mediata da RNA come primo passaggio nell'evoluzione della vita cellulare. L'RNA è infatti in grado di immagazzinare informazione ma, rispetto al DNA, è in grado anche di catalizzare reazioni come gli enzimi proteici. L'ipotesi presuppone che tale sistema basato sull'RNA si sarebbe evoluto nel corrente sistema comprendente anche DNA e proteine grazie alla grande stabilità chimica del DNA (necessario per la conservazione della preziosissima informazione genica) e alla maggiore flessibilità catalitica che gli amminoacidi garantiscono. Secondo l'ipotesi del mondo ad RNA, dunque, l'RNA ancora presente nelle cellule (nei ribosomi e nei ribozimi) è solo un residuo del mondo a RNA originale. RNA come enzima Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Ribozima. Gli RNA con funzione di enzima, o ribozima, sono possibili sebbene non comuni nell'odierna vita basata sul DNA. Tuttavia i ribozimi svolgono un ruolo importante; i ribozimi sono componenti essenziali del ribosoma, quest'ultimo è vitale per la sintesi proteica. Molte sono le funzioni possibili del ribozima: la natura utilizza ampiamente l'RNA self-splicing e l'evoluzione diretta ha creato ribozimi con una varietà di attività. Tra le proprietà catalitiche più rilevanti relativamente all'origine della vita figurano: L'abilità di auto-duplicarsi, o di duplicare altre molecole di RNA. Molecole relativamente corte di RNA in grado di duplicarne altre sono state prodotte in laboratorio. La più corta ad essere individuata è di 165 basi, sebbene si creda che ne possano bastare anche meno. La più fedele, di 189 basi, ha mostrato un'accuratezza del 98.9%,[4] che significa in parole povere che, replicando se stessa, essa sarebbe in grado di realizzare una esatta copia ogni otto tentativi. L'abilità di catalizzare semplici reazioni chimiche, che rende possibile la creazione di nuove molecole. Filamenti relativamente corti con tali capacità sono stati realizzati in laboratorio.[5][6] L'abilità di formare legami peptidici e, quindi, brevi peptidi. Questa operazione è correntemente svolta dai ribosomi, complessi costituiti da proteine e due lunghe molecole di RNA (note come rRNA) ritenute le principali responsabili dell'attività di sintesi proteica. In laboratorio è stata sintetizzata una molecola in grado di realizzare brevi peptidi. Si può ipotizzare che gli attuali ribosomi possano essersi evoluti da molecole del genere.[7]. È stato anche suggerito che gli amminoacidi possano esser stati complessati all'inizio con molecole di RNA in qualità di cofattori in grado di amplificare e diversificare le capacità enzimatiche; l'mRNA potrebbe essersi evoluto da simili molecole ed il tRNA da filamenti in grado di catalizzare il trasferimento degli stessi amminoacidi verso i brevi peptidi.[8]. RNA nella conservazione dell'informazione L'RNA è una molecola molto simile al DNA, con due sole differenze chimiche. Tale somiglianza, ad esempio, permette di realizzare doppie eliche miste di DNA ed RNA. Per tale motivo, è possibile ipotizzare un ruolo nella conservazione dell'informazione, tipica dei DNA, anche per gli RNA. Confronto tra la struttura del DNA e dell'RNA Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: RNA e DNA. Confronto tra le basi azotate dell'RNA (a sinistra) e del DNA (a destra) La principale differenza tra le molecole è la presenza di un gruppo ossidrile in posizione 2' del ribosio presente nella molecola di RNA. Tale gruppo forza il ribosio nella conformazione C3'-endo, a differenza della C2'-endo tipica del deossiribosio, generando così due molecole comunque differenti tra loro. Soprattutto, questo gruppo rende la molecola meno stabile, poiché può attaccare il vicino legame fosfodiesterico e romperlo. L'altra differenza rilevante è il set di basi utilizzate dell'RNA, che comprende uracile al posto della timina usata dal DNA. Si tratta di molecole simili, sebbene l'uracile richieda meno energia per essere prodotto. Dal punto di vista dell'appaiamento non vi sono conseguenze rilevanti: l'adenina è in grado di legare entrambe le basi indifferentemente. Il vero limite dell'utilizzo dell'uracile consiste nel fatto che esso può derivare dalla deamminazione della citosina, rendendo le molecole di RNA particolarmente suscettibili a mutazioni che sostituiscono paia di basi come GC con GU. Limiti nella conservazione dell'informazione nell'RNA La conservazione di grandi quantità di informazione nell'RNA non è semplice. La struttura dell'RNA ne rende intrinsecamente fragili i lunghi filamenti, che possono andare incontro a degradazione tramite idrolisi. Le basi aromatiche, che assorbono efficientemente le radiazioni UV, sono inoltre molto prone a modificazioni strutturali, che rendono decisamente bassa l'accuratezza di tale conservazione.[9][10] Queste limitazioni non rendono impossibile la conservazione di informazione da parte dell'RNA, infatti esso è usato come materiale genetico da virus come i retrovirus e i viroidi. La presenza di una molecola ottimizzata come il DNA spiega come mai oggi l'RNA non venga utilizzato per tale scopo, ma non esclude che questo possa essere avvenuto nelle fasi primordiali della vita sulla Terra. Valore dell'ipotesi Le proprietà dell'RNA rendono concettualmente possibile la presenza di un mondo ad RNA, sebbene la sua plausibilità come spiegazione dell'origine della vita sia ancora dibattuta. Una versione lievemente diversa dell'ipotesi è che un tipo differente di acido nucleico, denominato pre-RNA, sia stato il primo ad apparire come molecola in grado di auto-replicarsi, per poi essere successivamente sostituito dall'RNA. Questi tipi di acido nucleico sono talvolta più facilmente prodotti e/o polimerizzati in condizioni prebiotiche. Suggerimenti per questi tipi di acido nucleico includono il PNA, il TNA o il GNA.[11] [12] Argomenti a favore Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: RNA e Ribozima. L'ipotesi è ritenuta estremamente verosimile a causa dell'enorme versatilità della molecola di RNA, in grado di conservare, trasmettere e duplicare l'informazione genetica in modo analogo al DNA ma anche, in aggiunta, di agire come ribozima (grazie alla sua capacità di assumere complesse strutture terziarie) e quindi di catalizzare reazioni come fanno gli enzimi proteici. La prova più convincente è che nel ribosoma, che è composto di proteine e di RNA ribosomiale, la sintesi proteica è operata non da enzimi (che sono proteine) ma dall'RNA ribosomiale, che in questo caso si comporta come un ribozima. Una seconda prova importante è il fenomeno dello splicing, dove una molecola di pre-RNA è capace di tagliarsi da sola senza l'intervento di enzimi, sebbene l'intervento delle proteine sia, come per il ribosoma, quello di stabilizzare e da agire come "impalcatura" per il complesso di reazione. Ancora, i viroidi, le più semplici entità autoreplicantesi, sono costituiti da RNA che agisce da ribozima. L'RNA inoltre costituisce l'unico materiale genetico di alcuni virus come i retrovirus, prova che l'RNA da solo possa costituire un genoma. Queste ed altre prove presenti negli organismi attualmente viventi supportano fortemente l'idea che l'RNA fosse stata l'ultima molecola autoreplicante prima dell'avvento del DNA[13]. Sebbene i nucleotidi non siano stati individuati nel classico esperimento di Miller-Urey, esistono altri esperimenti, come quella di Joan Oró, che evidenziano la loro possibile sintesi autonoma nelle condizioni ambientali che hanno caratterizzato l'origine della vita. Un successivo esperimento in atmosfera meno riducente di quella di Urey ha prodotto nucleotidi[14], rafforzando ulteriormente l'ipotesi del mondo a RNA. L'ipotesi è sostenuta anche da studi su ribozimi molto semplici, come gli RNA Q-beta virali, che hanno mostrato capacità autoreplicative anche sotto pressioni selettive molto importanti.[15] Inoltre le condizioni ambientali della Terra primordiale potrebbero essere state ideali per una molecola labile come l'RNA. I raggi ultravioletti, infatti, inducono contemporaneamente la polimerizzazione dell'RNA e la rottura di altri tipi di molecole organiche potenzialmente in grado di catalizzare la degradazione dell'RNA (come le ribonucleasi). Si tratta in ogni caso di un aspetto ancora non corroborato da osservazioni sperimentali. Argomenti contrari Le argomentazioni contrarie all'ipotesi si basano sull'improbabilità della formazione spontanea di molecole di RNA, avvalorata anche dal fatto che la base citosina non sia stata sufficientemente testata in metodi di sperimentazione prebiotica, dal momento che essa va facilmente incontro a idrolisi. Le condizioni prebiotiche necessarie alla formazione spontanea dei tre elementi che costituiscono un nucleotide sono diverse tra loro. Le basi azotate si formano in ambienti differenti rispetto a quelli necessari alla formazione degli zuccheri presenti nello scheletro dell'acido nucleico. Per tale motivo, sarebbe dunque necessario ipotizzare una sintesi spontanea delle due classi di molecole in ambienti separati, seguiti da una successiva unione. Va però detto che, in ambiente acquoso, tale unione è poco probabile, poiché basi azotate e zuccheri non sono comunque in grado di reagire. In ambiente anidro le purine sono in grado di legare gli zuccheri (ma solo l'8% presso il corretto carbonio), mentre tra pirimidine e ribosio non vi è possibilità di legame spontaneo nemmeno in un ambiente non acquoso. Il terzo elemento, il fosfato, è di per sé estremamente raro nelle soluzioni naturali, poiché precipita velocemente. Ed anche una volta presente, esso dovrebbe combinarsi con il nucleoside presso il corretto ossidrile. Per potersi inserire in una molecola di RNA, poi, il nucleotide dovrebbe attivarsi attraverso il legame di altri due gruppi fosfato (a formare ad esempio l'adenosintrifosfato). Oltre a tutto ciò, il ribosio deve avere la corretta stereoisomeria, poiché nucleotidi aventi chiralità errata agiscono come terminatori di trascrizione.[16] Anche sulla base di considerazioni di questo tipo, Cairns-Smith criticò nel 1982 gli esponenti della comunità scientifica per avere esagerato nel trarre conseguenze dall'esperimento di Miller-Urey. Egli sostenne infatti che tale esperimento non avesse dimostrato che gli acidi nucleici fossero alla base dell'origine della vita, ma semplicemente che questa ipotesi non fosse implausibile. Cairns-Smith argomentò che, per raggiungere quantità di molecole necessarie per dare origine alla vita, il processo di costruzione degli acidi nucleici avrebbe dovuto rispettare 18 condizioni autonome tra loro per diversi milioni di anni. Il mondo ad RNA nel dettaglio Meccanismi di sintesi prebiotica dell'RNA L'ipotesi presuppone la presenza nel brodo primordiale di nucleotidi in grado di formare facilmente legami chimici tra loro e di rompere tali legami con la stessa probabilità, grazie alla bassa energia richiesta per tali eventi. In questo ambiente, alcune sequenze di basi aventi proprietà catalitiche sarebbero state in grado di amplificare la formazione di sequenze con identiche caratteristiche, grazie proprio all'attività catalitica in grado di ridurre l'energia necessaria alla formazione di tali sequenze. La formazione di tali sequenze avrebbe avuto come principale conseguenza il fatto che la produzione di filamenti di RNA divenisse decisamente più vantaggiosa della rottura degli stessi. Queste sequenze sono ritenute essere le prime, primitive forme di vita. In un mondo ad RNA, la selezione naturale avrebbe avuto come obiettivo proprio le sequenze di RNA in competizione tra loro. Solo le più efficienti in termini di catalisi ed auto-riproduzione sarebbero sopravvissute fino ad evolversi e formare il moderno RNA. La competizione tra RNA potrebbe aver favorito l'emergere di cooperazione tra diverse catene, spianando così la strada alle prime proto-cellule. All'interno di questo set di RNA, alcuni potrebbero avere sviluppato la capacità di catalizzare la formazione di un legame peptidico con la conseguenza, evolutivamente vantaggiosa, di poter generare peptidi accessori per le attività catalitiche dei ribozimi. Allo stesso modo potrebbero esser stati reclutati nel processo di formazione della vita anche tutte le altre molecole chimiche che oggi la caratterizzano, come il DNA, i lipidi o i carboidrati. Altre ipotesi Esiste una differente versione dell'ipotesi, denominata ipotesi del mondo a pre-RNA. Secondo tale teoria, sarebbe esistito un altro acido nucleico prima dell'RNA. Tra quelli proposti, figura soprattutto il PNA, più stabile dell'RNA e di più facile sintesi nelle condizioni prebiotiche (nelle quali la formazione di ribosio e l'aggiunta dei gruppi fosfato, entrambi assenti nel PNA, è decisamente problematica). Anche il TNA ed il GNA sono stati proposti come acidi nucleici pre-RNA. Un'ulteriore teoria, in parte complementare, è quella del ipotesi del mondo a PAH (o IPA, idrocarburi policiclici aromatici). Patrick Forterre ha ipotizzato che i virus potrebbero essere stati degli strumenti necessari per la transizione da RNA a DNA degli Eubacteria, Archaea ed Eukaryota. Egli ha proposto che l'ultimo antenato comune tra i tre domini possa essere stato un virus ad RNA. Alcuni virus avrebbero in seguito adottato il DNA, molto meno soggetto a danni esterni, iniziando ad infettare gli organismi appartenenti ai tre domini con tale acido nucleico, permettendo così anche la loro evoluzione.[17] Implicazioni correlate al mondo ad RNA L'ipotesi del mondo ad RNA, se vera, ha importanti conseguenze correlate alla stessa definizione di vita. Per la maggior parte del ventesimo secolo, la comunità scientifica ha considerato la vita alla stregua di una combinazione di DNA e proteine, considerate le due macromolecole dominanti, relegando lo RNA allo status di semplice molecola accessoria. Questa ipotesi pone invece l'RNA al centro dell'origine della vita. Ciò è suggerito da numerosi studi che, negli ultimi dieci anni, hanno rivalutato il ruolo dell'RNA, scoprendone funzioni precedentemente non note ed evidenziandone il ruolo critico nel funzionamento della vita. Nel 2001 sono state risolte le strutture tridimensionali dei ribosomi, mettendo in evidenza che, come già detto, il sito catalitico è composto da ribozimi (RNA) e non da enzimi (proteine) come precedentemente ipotizzato. Ulteriori scoperte in questo senso, che valorizzano il ruolo fisiologico fondamentale dell'RNA sono state quelle relative al ruolo delle small nuclear ribonucleoproteins (snRNPs) nel processamento del pre-mRNA, nell'editing dell'RNA, nella trascrizione inversa e nel mantenimento dei telomeri. Note ^ Walter Gilbert, The RNA World, in Nature, vol. 319, febbraio 1986, p. 618, DOI:10.1038/319618a0. ^ Carl Woese, The Genetic Code, Harper & Row, gennaio 1968, ISBN 978-0-06-047176-7. ^ Alexander Rich, On the problems of evolution and biochemical information transfer., in Horizons In Biochemistry, 1962, pp. 103–126. ^ W. K. Johnston, P. J. Unrau, M. S. Lawrence, M. E. Glasner and D. P. Bartel RNA-Catalyzed RNA Polymerization: Accurate and General RNA-Templated Primer Extension. Science 292, 1319 (2001) ^ Huang, Yang, and Yarus, RNA enzymes with two small-molecule substrates Archiviato il 3 luglio 2012 in Archive.is.. 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