Abstract relazione:

Verso un paradigma sistemico in biologia molecolare ed evolutiva e in biomedicina

In un breve articolo pubblicato su Bioessays nel 1996, scritto in occasione della morte di Thomas Kuhn, Adam Wilkins, si chiedeva perché nel XX secolo la fisica teorica avesse affrontato la sua rivoluzione kuhniana (dal modello newtoniano alla meccanica quantistica e alla teoria della relatività) mentre la biologia non aveva ancora sperimentato il suo cambio di paradigma. Secondo Wilkins, infatti, né il modello darwiniano nella biologia evolutiva, né le teorie mendeliane, né il modello di DNA descritto da Watson e Crick avevano aperto la strada a una vera rivoluzione kuhniana in biologia. Pochi mesi dopo, Richard Strohman, rispose a Wilkins su Nature Biotechnology, criticando il modello riduzionista dominante secondo cui il DNA sarebbe considerato come un programma genetico contenente tutte le informazioni necessarie e sufficienti per la costruzione dell’organismo (un modello lineare in cui l’informazione viaggia, per così dire, a senso unico, dal DNA alle proteine e al fenotipo). Il significato essenziale di questo mio talk è un’introduzione alla sempre più necessaria e urgente rivoluzione kuhniana della biologia invocata da Wilkins e Strohman. Le parole chiave su cui rifletteremo sono epigenoma / epigenetica, microbioma/metagenomica, ologenoma, connettoma: tutti i termini emersi negli ultimi 15 anni che dovremmo utilizzare per meglio connettere tra loro la biologia umana e comparativa, la biologia dello sviluppo e l’embriologia, la biologia evolutiva, la microbiologia e la biomedicina. La principale parola chiave è in questo contesto epigenetica: un termine che è diventato di moda negli ultimi anni, ma che può essere interpretato in vari modi. Quella dominante è l’interpretazione riduzionista, per la quale l’epigenetica è la parte della genetica che studia come alcuni segni specifici sul DNA e gli istoni (codice istonico) modulino la forma della cromatina, condizionando l’espressione del genoma. Sta però emergendo un modello diverso, in base al quale l’epigenetica dovrebbe essere riconosciuta come lo strumento più adatto e potente per rappresentare l’intero genoma come una rete molecolare unitaria, dinamica, fluida, sistemica che interagisce con l’ambiente. Un modello di genoma in cui l’epigenoma (che alcuni hanno definito il software del genoma) si comporta come una camera di compensazione: lo spazio specifico in cui il flusso di informazioni provenienti dall’esterno incontra le informazioni che sono state codificate per milioni di anni nel DNA (l’hardware), orchestrando i principali processi molecolari che determinano tutti i cambiamenti strutturali e funzionali di cellule e tessuti, causando la continua trasformazione del fenotipo umano (sia fisiologico che patologico). Dobbiamo pensare a questi cambiamenti molecolari come meccanismi reattivi ai fattori ambientali. Poiché il genoma è incessantemente e sempre più minacciato da fattori ambientali pericolosi, l’(epi)genoma è costretto a mutare in modo adattivo e difensivo. Tuttavia, se l’ambiente cambia troppo velocemente rispetto all’abilità dell’(epi)genoma di adattarsi, l’intero organismo è in pericolo. Le patologie non si verificano per caso: sono il prodotto dell’instabilità epigenetica indotta e anche le mutazioni del DNA dovrebbero essere viste come la conseguenza di questa instabilità.