La liofilizzazione ha trasformato il DNA di un mammut lanoso in un "cromovetro" tridimensionale.

Il manzo essiccato e alcuni mammut lanosi hanno almeno una cosa in comune: l'essiccazione trasforma il loro DNA in vetro super resistente.

Questo DNA vetrificato è così stabile che ha conservato la struttura tridimensionale dei cromosomi in un mammut lanoso per 52.000 anni, come riferiscono i ricercatori il 11 luglio su Cell. La scoperta ha dato ai ricercatori una visione senza precedenti del libro di istruzioni genetico dell'animale estinto, o genoma, rivelando perfino geni che erano attivi o spenti prima che il mammut morisse, dice la genomista e neuroscienziata Cynthia Pérez Estrada. Se vengono trovati altri campioni ben conservati, sguardi sull'attività genica potrebbero aiutare gli scienziati a capire come funzionavano gli organismi estinti, non solo come apparivano.

Il dettagliato studio del genoma del mammut è stato reso possibile dopo che un team internazionale di scienziati ha scoperto come adattare una tecnica chiamata Hi-C per esaminare il DNA antico.

"Conoscevo Hi-C da tempo. Semplicemente non riuscivo mai a pensare a un modo per applicarlo al DNA antico", dice Christina Warinner, archeologa biomolecolare all'Università di Harvard, non coinvolta nello studio.

Questo perché il DNA si disintegra nel tempo. Era difficile immaginare che i piccoli frammenti di DNA antico potessero conservare la forma dei cromosomi, dice la Warinner. E Hi-C, che viene utilizzato per esaminare la struttura tridimensionale di metri di DNA compressi nel nucleo di una cellula, di solito richiede campioni freschi e integri.

Anche i colleghi di Pérez Estrada, che lavorano sulla struttura tridimensionale del DNA al Baylor College of Medicine di Houston, non erano convinti che tecniche del genere potessero funzionare su campioni degradati. Pérez Estrada pensava che potesse funzionare, quindi ha testato Hi-C su ossa di tacchino rimaste dal pranzo del Ringraziamento, su tessuti di topi morti rinvenuti sulla strada per il lavoro, e su un pezzo di pelle dalla sua borsa.

"Tutti quegli esperimenti sono stati affascinanti, perché hanno dimostrato che la struttura del DNA è piuttosto resiliente", spiega. "E nonostante la cottura e nonostante il sole e l'ambiente quando si parla del topo, la struttura del DNA era ancora lì."

Tuttavia, non sapeva se la struttura potesse resistere per migliaia di anni. Quindi ha collaborato con Marcela Sandoval-Velasco, all'epoca presso l'Università di Copenaghen. Sandoval-Velasco aveva lavorato con il DNA antico per anni ed era interessata a sondare le strutture tridimensionali. Ha portato "una borsa piena di meraviglie" - campioni di formiche, api, celacanti, pesci, rettili, uccelli e animali del museo - a Houston per i test, spiega Perez Estrada. Pérez Estrada ha visitato Copenaghen, dove i ricercatori hanno analizzato i teschi di orsi polari antichi e un lupo mummificato.

Gli esperimenti spesso non avevano successo. Il metodo Hi-C utilizzato su campioni freschi non funzionava per i campioni antichi, quindi è stato necessario inventare una nuova versione - che è stata chiamata PaleoHi-C. Questa è la ricerca, dice Sandoval-Velasco in seguito presso l'Università Nazionale Autonoma del Messico a Cuernavaca. "Va lentamente. È iterativo. È pieno di fallimenti e consiste nel non arrendersi." Anche il lavoro di squadra aiuta, dice. Più di 50 scienziati con diverse aree di competenza si sono riuniti per lo studio.

Dopo anni di successi parziali e fallimenti, il team ha ottenuto accesso alla pelle della testa di un mammut lanoso morto in Siberia circa 52.000 anni fa. Il mammut era stato liofilizzato e conservato nel permafrost.

L'essiccazione rapida aveva bloccato il DNA antico in uno stato molecolare stretto simile a quello del vetro, chiamato cromovetro. I genetisti e un team di fisici teorici hanno dedotto che la struttura del cromovetro ha impedito ai pezzi di DNA di allontanarsi l'uno dall'altro.

In esperimenti non convenzionali con manzo essiccato fatto in laboratorio, il team ha scoperto che un tale DNA vetroso può rimanere stabile per almeno un anno a temperatura ambiente e resistere a varie aggressioni, tra cui il microonde, essere schiacciato da un'auto, colpito da una palla veloce e bombardato con un fucile a canna liscia.

Il DNA vetroso del mammut ha bloccato i suoi cromosomi in posizione. Per la prima volta i ricercatori sono stati in grado di conteggiare il numero di cromosomi di un mammut - 28 coppie, proprio come gli elefanti, ha detto Erez Lieberman Aiden, un genetista del Baylor College of Medicine, durante una conferenza stampa il 2 luglio. I mammut hanno anche la stessa struttura cromosomica di base degli elefanti.

I cromosomi infilati nel nucleo assomigliano a un gomitolo di lana dopo che un gatto ci ha giocato. L'aspetto aggrovigliato nasconde la struttura accuratamente orchestrata all'interno.

I geni che sono attivi sono spostati in un compartimento subcellulare come ballerini che entrano in pista da ballo, mentre i geni che verranno spenti sono relegati allo status di murofiorito in un altro compartimento. Esaminando i compartimenti, i ricercatori hanno trovato 425 geni attivi nei mammut ma non negli elefanti e 395 geni attivi negli elefanti ma non nei mammut.