La genetica, (dal greco gennao γεννάω = dare vita, generare) è la scienza che studia i geni, l'ereditarietà e la variabilità genetica degli organismi[1][2]. Il campo di studio della genetica si focalizza dunque sulla comprensione dei meccanismi alla base di questi fenomeni, noti sin dall'antichità ma non spiegati fino al XIX secolo, grazie ai lavori pionieristici di Gregor Mendel, considerato per questo il padre della genetica. Egli infatti per primo, pur non sapendo dell'esistenza dei cromosomi e della meiosi, attribuì ai 'caratteri', ereditati in modo indipendente dai genitori, la proprietà di determinare il fenotipo dell'individuo.
In una visione moderna, l'informazione genetica degli organismi è contenuta all'interno della struttura chimica delle molecole di DNA. I 'caratteri' mendeliani dell'individuo corrispondono a sequenze di DNA, chiamate geni presenti nel genoma in duplice copia (nel cromosoma ereditato dal padre e in quello ereditato dalla madre). I geni infatti contengono l'informazione per produrre molecole di RNA e proteine che permettono lo sviluppo e la regolazione dei caratteri cui sono correlati. Le proteine vengono prodotte attraverso la trascrizione del DNA a RNA, che a sua volta viene tradotto in proteina dai ribosomi. Tale processo è noto come dogma centrale della biologia molecolare. Alcuni geni sono trascritti in RNA ma non divengono proteine, assolvendo a fondamentali funzioni biologiche.
Sebbene la genetica giochi un ruolo importante nel determinare l'aspetto ed il comportamento dell'individuo, è la sua interazione con l'ambiente a determinare l'aspetto complessivo. Per questo motivo due gemelli identici, sebbene aventi lo stesso patrimonio genetico, possono avere diverse personalità.
Nella seconda parte del XIX secolo la teoria evoluzionistica di Charles Darwin andava via via affermandosi. Fu tuttavia il contributo del monaco ceco Gregor Mendel a fornire la base teorica alla questione dell'ereditarietà dei caratteri, che Darwin aveva risolto ipotizzando il meccanismo, poi rivelatosi errato, della pangenesi. Le teorie di Mendel prevedevano l'assortimento indipendente dei caratteri e non il rimescolamento dei caratteri stessi proposto da Darwin. La pangenesi non aveva alcuna prova sperimentale alla sua base. In ogni caso, le tesi di Mendel furono ampiamente ignorate fino all'inizio del XX secolo, quando vennero riscoperte da altri biologi che si trovavano ad affrontare problemi simili.
La stessa parola genetica fu coniata solo nel 1905 dallo scienziato britannico William Bateson in una lettera, rivolta a Adam Sedgwick, datata 18 aprile[3]. Bateson fu anche il primo ad usare il termine genetica in ambito ufficiale, nel corso della Terza Conferenza Internazionale sull'Ibridazione delle Piante del 1906 a Londra[4]
La genetica classica [modifica]
Negli anni successivi alla riscoperta delle tesi di Mendel, si avviò un gran numero di esperimenti tesi a delucidare le basi molecolari dell'ereditarietà. Nel 1910 Thomas Hunt Morgan suggerì che i geni si trovassero sui cromosomi, in seguito ad osservazioni su Drosophila (il moscerino della frutta). Morgan notò infatti che le mutazioni che generavano un colore bianco degli ommatidi erano trasmesso in modo differente tra individui di diverso sesso in quanto questo gene mutante si trova sul cromosoma X. In seguito un suo studente ,C.B. Bridges, dimostro con vari esperimenti la correttezza dell'asserzione di Morgan.In più osservò il fenomeno della non-disgiunzione in drosophila m. e scopri che il cromosoma Y di quest'ultima non ha rilevanza nella determinazione del sesso ma influenza la fertilità nei maschi. Nel 1913 il suo studente Alfred Sturtevant utilizzò il fenomeno del linkage genetico e le frequenze di ricombinazione ad esso associate per dimostrare e mappare la disposizione lineare dei geni lungo il cromosoma.
Sebbene i cromosomi fossero comunemente accettati come sito di localizzazione dei geni, all'inizio degli anni '20 non vi era ancora chiarezza sulla composizione molecolare dei geni stessi. I cromosomi, infatti, sono composti sia di proteine che di DNA.
Nel 1928 Frederick Griffith pubblicò i risultati del suo lavoro (noto come esperimento di Griffith) sul fenomeno della trasformazione batterica, ipotizzando la presenza di un principio trasformante.
La genetica del DNA [modifica]
Sedici anni più tardi (nel 1944) Oswald Theodore Avery, Colin McLeod e Maclyn McCarty ripresero la trasformazione, isolando ed identificando il DNA come molecola responsabile della trasformazione stessa. Nel 1952 l'esperimento di Hershey-Chase identificò il DNA come la molecola contenente il materiale genetico dei virus, ulteriore prova del fatto che fosse il DNA la molecola responsabile dell'ereditarietà.
Nel 1953 James Watson e Francis Crick completarono la risoluzione del DNA attraverso la cristallografia a raggi X, individuandone la celebre struttura a doppia elica: ogni nucleotide posto su un filamento aveva un nucleotide complementare sull'altro. Tale struttura, oltre a chiarire che l'informazione è contenuta concretamente nelle sequenze di nucleotidi, suggerì immediatamente il meccanismo fisico sottostante la replicazione del DNA. Essa infatti consiste nella separazione dell'elica nei due filamenti e nella ricostruzione di filamenti complementari ad entrambi.
La genomica [modifica]
I decenni successivi sono stati caratterizzati da una esplosione di studi resi possibili dalla scoperta stessa della struttura del DNA. La scoperta degli enzimi di restrizione, in grado di tagliare in modo estremamente preciso, ha aperto la via ad una gestione sempre più efficace degli acidi nucleici. Lo sviluppo delle tecniche di sequenziamento del DNA nel 1977 hanno permesso la determinazione precisa delle sequenze nucleotidiche dei geni. La messa a punto della reazione a catena della polimerasi (PRC) da parte di Kary Banks Mullis nel 1983 ha reso possibile l'isolamento e l'amplificazione di sequenze specifiche di DNA. Queste ed altre tecniche hanno permesso al Progetto genoma umano e alla Celera Genomics di annunciare nel 2001 il completamento del sequenziamento dell'intero genoma umano.
Cronologia della genetica [modifica]
1865 - Gregor Mendel scrive Esperimenti sugli ibridi vegetali in cui presenta i risultati dei suoi studi sull'ereditarietà nel pisello.
1869 - Friedrich Miescher scopre un acido debole all'interno dei globuli bianchi, che poi sarà identificato come DNA [5].
1880-1890 - Walther Flemming, Eduard Strasburger e Edouard van Beneden descrivono la distribuzione dei cromosomi durante la divisione cellulare.
1903 - Si scopre che i cromosomi sono delle unità ereditarie [6]
1906 - Il termine "genetica" è utilizzato per la prima volta pubblicamente dallo scienziato William Bateson.
1910 - Thomas Hunt Morgan dimostra che i geni risiedono nei cromosomi e scopre l'esistenza di geni associati che non seguono le leggi di ereditarietà mendeliane.
1913 - Alfred Sturtevant costruisce la prima mappa genica di un cromosoma e determina che le mappe geniche contengono geni disposti in ordine lineare.
1918 - Ronald Fisher pubblica On the correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance - ("La correlazione tra genitori sulla base delle supposizioni dell'ereditarietà mendeliana") e mette in correlazione gli studi mendeliani con quelli darwiniani: è l'inizio della cosiddetta sintesi moderna.
1927 - Alterazioni fisiche dei geni vengono chiamate mutazioni.
1928 - Frederick Griffith scopre una principio trasformante trasmissibile nei batteri.
1931 - Si scopre che il crossing over è la causa della ricombinazione genetica.
1941 - Edward Lawrie Tatum e George Wells Beadle dimostrano che i geni codificano per proteine. Formulano il cosiddetto dogma centrale della biologia molecolare.
1944 - Oswald Theodore Avery, Colin McLeod e Maclyn McCarty dimostrano che è il DNA ad essere la molecola che contiene l'informazione genetica. Gli esperimenti si basano sulla scoperta del processo di trasformazione batterica.
1950 - Erwin Chargaff dimostra che i quattro nucleotidi sono presenti nel DNA, in cellule dello stesso organismo, in proporzioni stabili; ma in proporzioni diverse se consideriamo individui diversi (regole di Chargaff). Barbara McClintock scopre i trasposoni nel mais.
1952 - L'esperimento di Hershey e Chase fornisce un'ulteriore dimostrazione che il DNA è il vettore dell'informazione genica (anche nei fagi).
1953 - Viene pubblicato il celebre articolo in cui James Watson e Francis Crick (con l'aiuto di Rosalind Franklin) descrivono la struttura della doppia elica del DNA[7]
1956 - Jo Hin Tjio e Albert Levan stabiliscono in 46 il numero esatto di cromosomi nella specie umana.
1958 - L'esperimento di Meselson e Stahl dimostra che per il DNA la replicazione è semiconservativa.
1961 - Si ha la prova definitiva che il codice genetico è organizzato in triplette (codoni).
1964 - Howard Temin dimostra, usando virus a RNA, che il dogma centrale presenta delle eccezioni.
1970 - Vengono scoperti gli enzimi di restrizione studiando il batterio Haemophilus influenzae.
1972 - Walter Fiers e il suo gruppo di lavoro determinano per la prima volta la sequenza di un gene[8].
1976 - Walter Fiers e colleghi determinano la sequenza nucleotidica completa del fago ad RNA MS2[9]
1977 - Il DNA è sequenziato per la prima volta da Fred Sanger, Walter Gilbert e Allan Maxam in maniera indipendente. Il laboratorio di Sanger ha completato la sequenza completa dell'intero genoma del fago Φ-X174[10].
1983 - Kary Banks Mullis mette a punto la PCR, la reazione a catena della polimerasi, una tecnica che permette la facile amplificazione del DNA.
1985 - Ale