All'interno del gene: l'esperienza di Benzer ed i suoi esperimenti

Introduzione

Oggi molte informazioni sulla genetica batterica ci sembrano scontate: sappiamo piuttosto bene come sia fatto un gene e forse diamo per scontato che la semplicità della risposta rispecchi la semplicità con cui è stata raggiunta. In realtà per arrivare a definire cosa sia un gene sono stati necessari parecchi anni e solo recentemente siamo arrivati ad una conclusione. Negli anni 50, ad esempio, non si sapeva ancora da cosa effettivamente fosse costituito un gene. Sapevamo ormai che l’informazione genetica risedeva nel DNA (1928, Griffith) e che ogni gene codificava una proteina (1945, Beadle e Tatum). Ma in cosa consisteva esattamente un gene? Come accade spesso in genetica per rispondere ad un quesito si parte dallo studio delle mutazioni. Contributo chiave in tal senso fu dato dal fisico e genetista Seymour Benzer.

Seymour Benzer

Seymour Benzer è stato un fisico e genetista statunitense che alla fine degli anni 50 si dedicò a studiare la genetica batterica. Egli voleva dimostrare che i geni non sono unità indivisibili e discrete, ma contengono a loro volta diverse unità mutabili e ricombinabili.

Figura 1 – Seymour Benzer con un modello di Drosophila (credit: Wikipedia)

Esperimento

Sistema sperimentale

Per il suo esperimento, Benzer scelse come soggetti di studio Escherichia coli (diversi tipi di ceppi) e il fago T4. Mescolando questi due microorganismi lo scienziato osservò sulle piastre Petri la formazione di placche, ovvero aree circolari di colore più chiaro. La placca è una zona priva di batteri vivi creata in seguito all’infezione dei fagi che, dopo essersi replicati all’interno della cellula ospite, venivano rilasciati all’esterno.

Benzer osservò che miscelando T4 contenenti una particolare mutazione (chiamata da lui mutazione r e localizzata in una particolare regione chiamata rII) con E. coli del ceppo B, queste placche apparivano più grandi e nette. Ciò invece non avveniva nel caso in cui il ceppo usato fosse K(λ). In questo caso i virus non formavano placche e quindi non infettavano il batterio.

Figura 2 – Schema raffigurativo la formazione delle placche

Test di complementazione

Un primo test preliminare effettuato da Benzer fu il test di complementazione. Tale test serve per rivelare se due mutazioni recessive appartengono allo stesso gene. Nel caso si tratti di geni diversi entrambe le proteine vengono espresse e si parla quindi di complementazione (l’allele recessivo viene compensato da quello dominante).

Attraverso questo saggio, Benzer dimostrò che il locus rII conteneva due geni: rIIA e rIIB.

Ricombinazione

A questo punto i batteri del ceppo B vengono infettati da due T4 contenenti 2 mutazioni differenti in rIIA.
La prova della ricombinazione all’interno di uno stesso gene ci viene data dalla comparsa del ceppo selvatico rII (senza mutazioni). Nel caso infatti fosse possibile un evento di crossing-over avremo come prodotti finali un cromosoma doppio mutante e uno senza mutazioni.

Infine il ceppo selvatico era facilmente rilevabile in quanto unico a formare placche su E. coli K(λ).

Figura 3 – Raffigurazione grafica dell’esperimento di Benzer

Conclusioni

Da questo esperimento, Benzer trasse le seguenti conclusioni:

Un gene è formato da sub-unità che possono mutare indipendentemente l’una dall’altra;
Il crossing-over all’interno di uno stesso gene che presenta mutazioni può portare alla comparsa dell’allele selvatico;
Un gene svolge normalmente la sua funzione se tutte le sue sub-unità non sono mutate.

Oggi sappiamo con certezza che queste conclusioni sono esatte: le sub-unità di cui parlava Benzer sono infatti i nucleotidi che compongono il DNA e che possono mutare indipendentemente l’uno dall’altro.

Figura 4 – La diversa concezione del gene attraverso gli anni

Metodo scientifico

Ciò che permise a Benzer di ottenere questi risultati si deve principalmente alla sua metodica e alla sua mente brillante.

Si rese conto, insieme ad altri scienziati, delle potenzialità del batteriofago T4: nonostante le sue ridotte dimensioni la sua attivià è visibile a occhio nudo; inoltre per una particella fagica si potevano creare milioni di nuove particelle e quindi anche un elevato numero di mutazioni.

In secondo luogo Benzer riuscì a raggiungere il suo obiettivo attraverso test semplici e ripetibili.