Sviluppato in Olanda un nuovo sensore fluorescente che permette di osservare il danno e la riparazione del DNA in tempo reale all’interno delle cellule viventi.
Il risultato, pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale Nature Communications dagli scienziati dell’Università di Utrecht, potrà dare nuovo impulso alla ricerca sulla biologia del cancro, sulla sicurezza dei farmaci e sull’invecchiamento e la senescenza delle cellule.
In tutti questi filoni di studio, infatti, la riparazione del DNA viene solitamente esaminata attraverso tecniche di fissazione che determinano la morte delle cellule e la conservazione della loro struttura per poterla indagare come se fosse un’istantanea di un ben preciso momento metabolico.
In altri casi, invece, vengono utilizzati strumenti come gli anticorpi fluorescenti che però tendono a legarsi troppo saldamente al DNA, interferendo così col meccanismo della riparazione molecolare intracellulare.
Sensore costruito con parti di proteina
“Il nostro sensore fluorescente – afferma il Dr. Tuncay Baubec, ricercatore dell’Università di Utrecth e Coordinatore del progetto – è diverso rispetto a quelli in uso in biologia cellulare, in quanto è stato costruito con parti di una proteina naturale che la cellula già utilizza in modo fisiologico. Esso si lega e si distacca in modo automatico dal sito del danno, quindi ciò che osserviamo è il comportamento autenticamente fisiologico della cellula“. L’interazione è infatti delicata e reversibile, tanto da permettere di evidenziare il danno al DNA senza bloccarne il processo di riparazione.
Dati in tempo reale, come se fosse un film
Il vantaggio, rispetto ai metodi utilizzati sinora, è notevole: invece di dover affrontare dieci esperimenti separati per immortalare la cellula in dieci situazioni diverse, ora i ricercatori possono seguire l’intero processo di riparazione del DNA come se si sviluppasse in un unico filmato continuo. Possono innanzitutto vedere quando si manifesta il danno, con quale rapidità sopraggiungono le proteine di riparazione e, infine, come la cellula risolve il problema.
“Con questo sensore si ottengono quindi più dati, con una risoluzione più elevata e, soprattutto, con immagini più realistiche di ciò che accade all’interno di una cellula vivente“, afferma il biologo Richard Cardoso Da Silva che ha progettato e testato lo strumento. L’efficacia del sensore è stata dimostrata sia sulle cellule coltivate in laboratorio che su un nematode, il Caenorhabditis elegans, filmato in fase di duplicazione.
Il danno al DNA e il cancro
La riparazione del DNA è un processo che opera costantemente nelle cellule: essa è essenziale alla sopravvivenza in quanto protegge il genoma da danni e mutazioni nocive. Nelle cellule umane, sia le normali attività metaboliche che i fattori ambientali (quali i raggi UV) possono causare danni al DNA, determinando potenzialmente 500.000 singole lesioni molecolari per cellula al giorno. Tali lesioni provocano danni strutturali alla molecola di DNA, e possono alterare in maniera drammatica il modo in cui la cellula legge le informazioni contenute nei propri geni. Di conseguenza, il processo di riparazione del DNA deve lavorare in continuazione e in modo perfetto, per correggere qualsiasi danno nella struttura del DNA.
Quando la cellula invecchia, tuttavia, la velocità di riparazione del DNA decresce fino a che non può tenere più il passo con la formazione del danno al codice genetico. A quel punto la cellula va incontro ad uno dei tre possibili destini:
- uno stato di dormienza irreversibile, detto senescenza;
- il suicidio della cellula chiamato apoptosio morte cellulare programmata;
- la carcinogenesi, ossia la formazione della cellula tumorale.
La maggior parte delle cellule del corpo diviene inizialmente senescente. Poi, dopo un danno irreparabile al DNA, va incontro ad apoptosi. In tal caso, l’apoptosi rappresenta un meccanismo di ultima istanza per prevenire la trasformazione tumorale di una cellula, pericolosa per l’organismo.
Quando le cellule divengono senescenti, le alterazioni nella biosintesi e nel turnover determinano una minore efficienza nel loro funzionamento, causando inevitabilmente malattia. La capacità di riparazione del DNA in una cellula è vitale per l’integrità del suo genoma e quindi per il normale funzionamento della cellula stessa e di tutto l’organismo. Molti geni, originariamente ritenuti capaci di influenzare la durata della vita, si sono dimostrati coinvolti nella riparazione e nella protezione dal danno al DNA.
Per i loro studi sui meccanismi di riparazione del DNA, il Premio Nobel per la chimica del 2015 è stato assegnato a Tomas Lindhal, Paul Modrich e Aziz Sancar.
Nuove prospettive per farmaci e tumori
Gli autori dello studio affermano che questo sensore ha tante possibili applicazioni terapeutiche. Nel campo farmacologico, permetterà di comprendere sempre meglio la sicurezza dei medicinali che possono danneggiare il DNA mentre in oncologia aiuterà a capire come le cellule tumorali si riparano, in tempo reale, dopo trattamenti come chemioterapia o radioterapia.
“Osservare come una cellula reagisce al danno genetico è fondamentale per creare terapie più efficaci e sicure”, ha spiegato il Dr. Baubec.
Inoltre, il sensore potrebbe fornire nuovi spunti sull’invecchiamento cellulare, un tema molto importante negli ultimi anni in particolare nel campo delle patologie neurodegenerative.
Un passo avanti nella biologia delle cellule
Il lavoro di Utrecht segna un salto avanti nella conoscenza dei processi che regolano la vita delle cellule.
“Solo così ci si rende conto di quanto sia vivo e dinamico quel mondo sconfinato e meraviglioso presente all’interno di una singola cellula”, ha osservato il Dr. Da Silva. Poter osservare questi fenomeni senza disturbare l’equilibrio naturale apre nuove strade per la ricerca di base e nell’ambito oncologico.
Per ora il sensore funziona su modelli semplici, ma i ricercatori stanno già lavorando per adattarlo a sistemi più complessi come i tessuti umani. L’obiettivo è farlo diventare uno strumento di uso comune nei laboratori di ricerca di tutto il mondo. Naturalmente, serviranno ulteriori studi per capire fino in fondo pregi, limiti e applicazioni di questa innovativa tecnologia.
Nel frattempo, la comunità scientifica segue con interesse questa novità nata nei laboratori olandesi: un microscopico sensore fluorescente che promette di illuminare i segreti più profondi della vita di ogni cellula e di ogni organismo vivente.
Articoli su DNA e cancro
Combattere il cancro con la riprogrammazione del DNA – Oncolife
https://www.oncolife.it/novita-dalla-ricerca/combattere-cancro-la-riprogrammazione-del-dna/
Individuati sensori nanotecnologici per scoprire i tumori – Oncolife
https://www.oncolife.it/novita-dalla-ricerca/individuati-sensori-nanotecnologici-scoprire-tumori/
Fonti
https://phys.org/news/2025-11-dna-real-cell-sensor.html (articolo sulla riparazione del DNA e biosensore naturale )
https://www.aboutpharma.com/scienza-ricerca/sensore-fluorescente-riparazione-dna-in-tempo-reale/