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Quando una cellula di Escherichia coli si divide, deve replicare il suo cromosoma circolare e spostare i cerchi nelle due nuove cellule. Questa procedura, che ricorda il trucco del mago che separa due anelli metallici, sembra abbastanza facile ma in realtà snodare e separare il DNA aggrovigliato è ben più complesso.

In un recente articolo pubblicato online sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences, Mariel Vazquez, professore associato della San Francisco State University, e un team internazionale di scienziati propongono uno studio matematico su come tali cromosomi vengono scollegati dagli enzimi di ricombinazione XerCD.
Gli antibiotici come la ciprofloxacina prescritti per le infezioni da E. coli, colpiscono le topoisomerasi, un tipo di enzima coinvolto nella rottura del DNA. Ma se trattati con questi farmaci, le cellule batteriche possono trovare altri modi per separarsi come presentato nello studio di Vazquez, dando così alle cellule una possibilità di sopravvivenza. La comprensione di questo processo di separazione nell’E. coli “potrebbe anche portare allo sviluppo di migliori farmaci antibatterici, con un chiaro effetto positivo sulla salute umana” ha osservato Vazquez.

Le infezioni da patogeni di E. coli e di altri batteri rappresentano un rischio elevato per la salute umana. Secondo i centri per la prevenzione ed il controllo delle malattie americani, ogni anno negli Stati Uniti almeno 2 milioni di persone si infettano con batteri resistenti agli antibiotici ed almeno 23.000 persone muoiono ogni anno come risultato diretto di queste infezioni. Per comprendere le infezioni batteriche, è essenziale quindi studiare come le cellule di E. coli si duplicano.
Esperimenti biologici avevano dato a Vazquez e ai suoi colleghi alcuni indizi su come i cromosomi di E. coli si separano prima della divisione cellulare, ma gli esperimenti non fornivano un quadro chiaro di cosa avvenisse durante la separazione.
Per completare tale quadro, i ricercatori hanno proposto uno studio matematico usando i tangle (una generalizzazione del concetto di nodo) per modellizzare i cambiamenti che avvengono durante la separazione che avviene in modo graduale. In questo caso, il tangle rappresenta due punti specifici lungo il cromosoma che sono uniti dagli enzimi di ricombinazione.

Secondo i ricercatori ulteriori esperimenti biologici possono aiutare a giustificare le ipotesi del modello matematico, ma riconoscono che tali esperimenti sarebbero estremamente difficili da realizzare”. In loro assenza, l’ analisi matematica ha compiuto un notevole passo in avanti rispetto ai precedenti studi biologici “, ha detto Vazquez.
Vazquez ha inoltre sottolineato che la matematica, la fisica, l’informatica e la statistica hanno tutte un ruolo da giocare al fianco della biologia nella comprensione della topologia del DNA.
“E ‘importante che la gente sappia che il DNA non è solo una sequenza di lettere. Si tratta di una lunga molecola che può adottare una struttura tridimensionale complessa quando impacchettata all’interno di un nucleo cellulare. Ogni processo biologico che coinvolge il DNA sarà interessato dalla sua topologia e i cambiamenti topologici possono avere importanti implicazioni biologiche”

 

A cura di Cristiana Di Russo

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