Traduzione di Isabella Marini.
Dean Madden del Centro Nazionale per l’Educazione Biotecnologica dell’Università di Reading, UK, descrive come il DNA è stato scoperto – e come può essere facilmente estratto a scuola.
Nel 1868 il ventiquattrenne Johann Friedrich Miescher si trasferì dalla nativa Svizzera a Tubinga, in Germania, per lavorare nel laboratorio di Ernst Felix Hoppe-Seyler, il pioniere della biochimica che battezzò l’emoglobina (il pigmento rosso del sangue). Dopo parecchi mesi di lavoro in un laboratorio allestito nella cantina del castello di Tubinga, Miescher isolò una sostanza acida sconosciuta dalle cellule bianche del sangue (leucociti); si procurava i leucociti lavando le bende piene di pus di un vicino ospedale. Miescher chiamò questa sostanza “nucleina” perché era localizzata nel nucleo delle cellule. Hoppe-Seyler, essendo la sostanza ancora impura, volle ripetere la procedura egli stesso prima di dare il suo consenso alla pubblicazione della scoperta sulla rivista di biochimica che aveva appena fondato.
Ritornato a Basilea nel 1870, Miescher perfezionò il metodo e fu in grado di estrarre materiale nucleare dallo sperma dei salmoni del Reno, fiume che allora era rinomato proprio per i salmoni. Così come quello dei leucociti, il nucleo degli spermatozoi è relativamente grande. Proprio dagli spermatozoi di salmone Miescher estrasse la nucleina pura per la prima volta. Nel 1889 un suo allievo, Richard Altmann, sostituì al termine nucleina quello moderno di acido nucleico. Quindi nel 2003 noi abbiamo festeggiato 50 anni della doppia elica e non ’50 anni di DNA’.
Miescher isolò la nucleina
Foto gentilmente concessa
dalla Biblioteca dell’Università
di Tubinga, Tubinga, Germania
E’ affascinante per un docente di scienze leggere un resoconto dei metodi di Miescher, anche per la notevole somiglianza tra le tecniche poco raffinate allora disponibili e molti degli odierni protocolli scolastici. Se paragonati a Miescher comunque gli insegnanti di oggi hanno vita più facile. Non avendo frigoriferi, Miescher era costretto ad iniziare a lavorare alle 5 del mattino per assicurarsi che i reagenti fossero sufficientemente freddi per poter precipitare il DNA, poi doveva prepararsi da solo le proteasi isolandole dallo stomaco di maiali appena macellati (Judson, 1996).
Nel corso degli ultimi 20 anni l’isolamento del DNA a partire da materiali facilmente reperibili è diventata un’attività largamente diffusa nei laboratori scolastici. Sebbene molti esperimenti simili siano stati descritti precedentemente (per esempio Sands, 1970), molti non possono essere proposti a scuola sia per la loro complessità che per l’uso di reagenti pericolosi (Falconer & Hayes, 1986). Metodi più semplici per isolare il DNA sono comparsi sui manuali americani della metà degli anni ’80 (Helms et al., 1986), diffondendosi successivamente nei progetti specialistici di biotecnologia della scuola (per esempio Rasmussen & Matheson, 1990). Dall’inizio del 1990 questi esperimenti hanno varcato l’Atlantico e sono comparsi in pubblicazioni inglesi e tedesche (Bayrhuber et al., 1990; NCBE, 1991). Con l’introduzione di procedure semplici e poco dispendiose, gli esperimenti che prima erano esclusivamente riservati agli studenti universitari ora potrebbero essere proposti anche agli alunni delle scuole primarie (Assinder, 1998).
Il metodo più comunemente usato (se non, per ovvie ragioni, il più popolare) per estrarre il DNA utilizza niente altro che cipolle, un detergente casalingo ed acqua salata. Questo metodo è stato diffuso nel Regno Unito grazie ai corsi sperimentali ed alle pubblicazioni del National Centre for Biotechnology Education (NCBE, 1991; 1993). Metodi più sofisticati per estrarre il DNA dal crescione e dai piselli secchi sono stati messi a punto da Science and Plants for Schools e dall’Australian CSIRO education centre 'The Green Machine' (NCBE, 2001); questi protocolli sono però più adatti a studenti più grandi, per il fatto di prevedere l’elettroforesi su gel del DNA.
Alla ricerca di alternative più profumate alle cipolle, alcuni hanno applicato il ‘metodo delle cipolle’ ad un certo numero di frutti fra cui kiwi, banane e fragole. Ma questi frutti danno solola sensazione di estrarre grandi quantità di DNA, il ‘DNA’ isolato è infatti quasi esclusivamente pectina. Lo si può facilmente dimostrare aggiungendo pectinasi alla preparazione (è anche piuttosto facile precipitare la pectina in alcool, un vecchio trucco dei produttori di marmellata).
Il protocollo che descriviamo prevede l’uso di piselli congelati. E’ un metodo che offre molti vantaggi rispetto a quello tradizionale delle cipolle. In primo luogo non è necessario alcun frullatore per rompere i tessuti vegetali; una volta che i piselli sono scongelati, possono essere schiacciati con la parte posteriore di un cucchiaio o con l’aiuto di una bacchetta di vetro. Poi possiamo facilmente conservare nel freezer dei piselli che possono così essere conservati ed in seguito opportunamente prelevati nelle quantità necessarie. Infine un’ultima ma non meno importante considerazione: i piselli non hanno odore! Isolare il DNA (e l’RNA) richiede circa 35 minuti, compresi i 15 minuti di incubazione.
L’etanolo deve essere freddo; metterlo in una bottiglia di plastica nel freezer almeno 24 ore prima di iniziare. Leggere le note relative alla sicurezza riportate più avanti.
Un gancio per recuperare il DNA può essere realizzato riscaldando velocemente la punta di una pipetta Pasteur sul becco Bunsen, piegando ed arrotondando la punta prima che il vetro si raffreddi. Per fare l’elettroforesi dell’estratto di DNA, solubilizzarlo in circa 0.5 ml di blu di bromofenolo, e caricarne 20 µl nel pozzetto in un gel di agaroso all’1%. La colorazione con la soluzione di Azure A al 0.04% (m/v) dopo l’elettroforesi rivelerà gli acidi nucleici. L’RNA dà una colorazione rosa più chiara (Madden, 2000).
Varianti a questa procedura di estrazione possono essere messe a punto partendo da altre fonti, come sperma di pesce o uova di pesce (Strömberg, 2001). Molte pubblicazioni prevedono il timo di vitello, ma il suo uso nelle scuole degli Regno Unito non è più consigliato (leggere le note relative alla sicurezza riportate più avanti).
La maggior parte dei freezer non è a prova di scintilla. Quindi, dovete assicurarvi che l’etanolo sia posizionato nel freezer in un contenitore sigillato che non faccia uscire il vapore. In alternativa all'uso del freezer, il contenitore sigillato con l’etanolo deve essere messo in ghiaccio parecchie ore prima dell’uso. Per maggiori informazioni sulla sicurezza per le scuole che lavorano col DNA, i docenti degli Regno Unito possono consultare Topics in Safety (Delpech & Madden, 2001).
Nel Regno Unito, dopo la scoperta del morbo della mucca pazza e della variante della malattia di Creutzfeldt-Jakob, le autorità responsabili della sicurezza scolastica raccomandano di non usare più il timo del vitello a scuola, poichè c’è un rischio (anche se piccolo) di esposizione accidentale all'agente contagioso durante la preparazione dell'estratto.
La maggior parte degli materiali necessari a questa procedura si possono trovare al supermercato. Novozymes Neutrase può essere comprato in piccole quantità presso il National Centre for Biotechnology Education del Regno Unito.
Questo articolo è stato precedentemente pubblicato su School Science Review nel Marzo 2003.